第二讲刀具角度及材料

1、第二讲刀具角度与刀具材料核心内容是刀具角度的定义核心内容是刀具角度的定义工作角度的概念及变化影响因素工作角度的概念及变化影响因素刀具材料种类及用途刀具材料种类及用途吉林大学授课的吉林大学授课的金属切削过程二、三金属切削过程二、三讲的是角度的定义；讲的是角度的定义；四四主要讲的是主要讲的是工作角度，后面一点讲刀具材料工作角度，后面一点讲刀具材料五五主要讲刀具材料（讲的很好）主要讲刀具材料（讲的很好）车刀组成小片 车刀组成影片车刀的组成：车刀的组成：三面三面 前刀面前刀面A 后刀面后刀面A 副后刀面副后刀面A 两刃两刃 主切削刃主切削刃 S 副切削刃副切削刃 S一尖一尖 过渡刃过渡刃 刀具标注角度

2、参考系刀具标注角度参考系 设计制造（刃磨）测量角度设计制造（刃磨）测量角度时的基准时的基准 刀具角度的参考系刀具角度的参考系刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系实际切削中确定角度的基准实际切削中确定角度的基准 vcReference systems for tool angles二、刀具标注角度参考系二、刀具标注角度参考系看两段动画或录相名称为素材中的文件名： 车刀角度三个面及各剖面的动画 主剖面参考系正交平面参考系：正交平面参考系：基面基面Pr：“通过主切削刃上选通过主切削刃上选定点垂直于主运动方定点垂直于主运动方向的平面向的平面”正交平面参考系：正交平面参考系：切削平面切削平面Ps：“通过

3、主切削刃上通过主切削刃上选定点，与切削刃相选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平切并垂直于基面的平面面”。正交平面参考系：正交平面参考系：正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）Po：“通过主切削刃上选定通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基面和点，并同时垂直于基面和切削平面的平面切削平面的平面”。法平面参考系：法平面参考系：暂时不讲暂时不讲法平面法平面Pn:“通过主切削刃上选定点，并通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面垂直于切削刃的平面”。假定工作平面、背平面参考系：假定工作平面、背平面参考系：暂时不讲暂时不讲假定工作平面（进给剖面）假定工作平面（进给剖面）Pf ：“通过主切削刃上选定点，通过

4、主切削刃上选定点，平行于进给方向并垂直于平行于进给方向并垂直于基面的平面基面的平面”假定工作平面、背平面参考系：假定工作平面、背平面参考系：NO背平面（切深剖面）背平面（切深剖面）Pp:“通过主切削刃上选定点，通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工同时垂直于基面和假定工作平面的平面作平面的平面”。三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：在基面内测量的角度：主偏角：主偏角：“主切削刃在基面主切削刃在基面上的投影与进给方上的投影与进给方向的夹角向的夹角”。副偏角：副偏角：“副切削刃在基面副切削刃在基面上的投影与进给方上的投影与进给方向的夹角向的夹角”。刀尖角：刀尖角：“主切削

5、刃与副切削刃之间的夹主切削刃与副切削刃之间的夹角角”。r=180-(r+r)在正交平面内测量的角度在正交平面内测量的角度后角：后角：o o“后刀面与切削后刀面与切削平面的夹角平面的夹角”前角：前角：o o“前刀面与基面之间前刀面与基面之间的夹角的夹角”。楔角：楔角：o o“前刀面与前刀面与后刀面的夹后刀面的夹角角”在切削平面内：在切削平面内：刃倾角：刃倾角：S S“主切削刃与基主切削刃与基面之间的夹角面之间的夹角”刃倾角正负规定及对排屑的影响刃倾角正负规定及对排屑的影响在正交平面参考在正交平面参考系中的标注角度系中的标注角度“一刃四角一刃四角”（5）副偏角）副偏角r （6）副后角）副后角o 派

6、生角度：派生角度：楔角楔角o、刀尖角、刀尖角r余偏角余偏角rr（1）主偏角）主偏角r（4）后角）后角o（2）刃倾角）刃倾角s（3）前角）前角o*在法平面参考在法平面参考系中的标注角系中的标注角度度（1）主偏角）主偏角r（2）刃倾角）刃倾角s（3）法前角）法前角n（4）法后角）法后角n “一刃四角一刃四角”（5）副偏角）副偏角r （6）副后角）副后角o*在进给切深平面参在进给切深平面参考系中的标注角度考系中的标注角度（1）主偏角）主偏角r（2）进给前角）进给前角f（3）进给后角）进给后角f（4）背前角）背前角p（5）背后角）背后角p（6）副偏角）副偏角r （7）副后角）副后角o 刀具标注角度的参

7、考系：刀具标注角度的参考系： (1)(1)正交平面参考系正交平面参考系: : p pr r、p ps s、p po o（要求掌握要求掌握） (2)(2)法平面参考系法平面参考系: : p pr r、p ps s、p pn n （参考）（参考） (3)(3)背平面进给平面参考系背平面进给平面参考系: :p pr r、p ps s、p pp p、 p pf f（参考）（参考）当旁观者 前面讲的是以参考平面为线索讲的角度定前面讲的是以参考平面为线索讲的角度定义或含义义或含义 下面从另一角度说一下角度的含义，从刀下面从另一角度说一下角度的含义，从刀具的面、刃角度看定义具的面、刃角度看定义 派生角度：派

8、生角度：1)1)楔角楔角o o 在正交平面内在正交平面内测量的前刀面与后刀面测量的前刀面与后刀面之间的夹角，之间的夹角， o o9090-(-(o+o+o) o) 2)2)刀尖角刀尖角r r 在基面内测在基面内测量的主切削刃投影与副量的主切削刃投影与副切削刃投影之间的夹角，切削刃投影之间的夹角， r r180180- -(r+r) (r+r) 3)3)余偏角余偏角r r 在基面内测在基面内测量的主切削刃投影与进量的主切削刃投影与进给方向垂线之间的夹角给方向垂线之间的夹角 r r9090-r -r 从刀具要素角度来看角度从刀具要素角度来看角度请单击请单击4 4次次 在刀具工作图上只需标在刀具工作

9、图上只需标注副切削刃上的下列两注副切削刃上的下列两个角度：个角度：1 1）副偏角）副偏角r r 在基面在基面内测量的副切削刃在基内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角反方向的夹角。副偏角一般为正值一般为正值 2)2)副后角副后角o o 在副切削在副切削刃选定点的正交平面内刃选定点的正交平面内测量的副后刀面与副切测量的副后刀面与副切削平面之间的夹角。副削平面之间的夹角。副切削平面是过该选定点切削平面是过该选定点并包含切削速度向量的并包含切削速度向量的平面平面 确定车刀主削刃位置的角度：确定车刀主削刃位置的角度：1 1）主偏角）主偏角r r 主切削刃在基主

10、切削刃在基面上的投影与进给运动方向面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。的夹角。主偏角一般为正值。2 2）刃倾角）刃倾角s s 在切削平面内在切削平面内测量的主切削刃与基面之间测量的主切削刃与基面之间的夹角。的夹角。 车刀前刀面和主后刀面车刀前刀面和主后刀面在正交平面参考系中的在正交平面参考系中的位置由以下两个角度确位置由以下两个角度确定：定：1 1）前角）前角o o 在正交平面在正交平面内测量的前刀面与基面内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分正、负和零值之分2)2)后角后角o o 在正交平面内在正交平

11、面内测量的主后刀面与切削测量的主后刀面与切削之间的夹角。后角表示之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，主后刀面的倾斜程度，一般为正值一般为正值 四、刀具的工作角度四、刀具的工作角度 以切削过程中实际的切削平面、基面和正交以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。作角度，又称实际角度。1 1、刀具安装位置对工作角度的影响、刀具安装位置对工作角度的影响车刀安装高度对工作角度的影响a)刀尖高于工件轴线 b)刀尖低于工件轴线新基面新基面（1 1）刀具安装高低的影响）刀具安装高低的影响pe=pppe=

12、p p tanph/2 22 2w w) )2 2( (h hd d oe=o oe=o tan tanp cosr假定车刀假定车刀s0,刀尖高于工件中心刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反角度变化与上述相反 车刀安装偏斜对工作角度的影响(为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)（2）刀具安装）刀具安装（2）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响 = +G = - Gr rre rer rre re = -G = +Gr rr re er rr re e纵向进给运动对工作角度的影响2 2、进给运动对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响

13、横向进给运动对工作角度的影响（1）横向进给运动的影响）横向进给运动的影响 oe=o oe=o tanf /d当进给量当进给量f一定时，一定时，随随 d 值值值值，接近中心接近中心oe为负值。为负值。 当当 f值值横车时横车时 f 不宜过大，不宜过大，并应适当加大并应适当加大o（2）纵向进给运动的影响）纵向进给运动的影响 oe=o oe=o tan tanf sinr f sinr/(dw)f 或或dw时，时，f、均均车削右螺纹时左侧刃应车削右螺纹时左侧刃应o(左左 8右右2 )右刃应右刃应o车右螺纹时左侧刃车右螺纹时左侧刃 fe=ff fe=ff tanff /dw直角切削：直角切削：s0的切

14、削，主切削刃与切削速度方向垂直的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：斜角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直思考：Dhppppepppe2sin 关于角度的两套标准 一套为定义的叫“标注角度” 一套是实际工作时的“工作角度” 哪个更重要？如何看待？刀具刀具工业的牙齿工业的牙齿家族兴旺、异彩纷呈刀具材料性能刀具材料性能（工作环境：高温、高压及剧烈摩擦（工作环境：高温、高压及剧烈摩擦) )一、硬度和耐磨性高一、硬度和耐磨性高二、足够的强度和韧性二、足够的强度和韧性三、热物理性能好三、热物理性能好四、（加工）工艺性能佳四、（加工）工艺性能佳五、经济

15、性优五、经济性优刀具材料的分类刀具材料的分类1. 1. 工具钢工具钢 碳素工具钢碳素工具钢 合金工具钢合金工具钢 高速工具钢高速工具钢 普通高速钢普通高速钢 高性能高速钢高性能高速钢2. 2. 硬质合金硬质合金 按晶粒大小区分：按晶粒大小区分： 普通硬质合金普通硬质合金 细颗粒硬质合金细颗粒硬质合金 微颗粒硬质合金微颗粒硬质合金 按主要成分区分：按主要成分区分： 钨基硬质合金钨基硬质合金 钛基硬质合金钛基硬质合金 目前应用最多的是高速钢和硬质合金。目前应用最多的是高速钢和硬质合金。据统计，据统计，我国目前高速钢用量约占刀具的我国目前高速钢用量约占刀具的60以上，硬质合金的用量约占以上，硬质合金

16、的用量约占30以上以上，随，随着难加工材料应用的增加，陶瓷刀具和超硬着难加工材料应用的增加，陶瓷刀具和超硬刀具材料的使用量日益增长。刀具材料的使用量日益增长。1.1.定义定义-加入了较多的钨加入了较多的钨(w)(w)、钼、钼(Mo)(Mo)、 铬铬(Cr)(Cr)、钒钒(V)(V)等合金元素的高合金工具钢。等合金元素的高合金工具钢。2.2.性能性能 特点：特点：较高较高的热稳定性的热稳定性 较高较高的强度、韧性、硬度和耐磨性的强度、韧性、硬度和耐磨性 工艺性好，刃磨性好工艺性好，刃磨性好 适用：适用：复杂复杂、小型、刚性差、精加工的刀具、小型、刚性差、精加工的刀具 （如钻头、成形刀具、拉刀、齿

17、轮刀具等）（如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）第三节第三节 硬质合金硬质合金缺点：缺点： 脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的度只有高速钢的1/31/31/21/2，冲击韧性只有高速钢的，冲击韧性只有高速钢的1/41/41/351/35。切削时不能承受大的振动和冲击负荷。切削时不能承受大的振动和冲击负荷。力学性能：力学性能： 由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。的粗细和粘化剂的含量决定。 碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；粘碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯

18、强度低；粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。 镶嵌的哟镶嵌的哟 YG YG类类（K K类）类）： WC+CoWC+Co 常用牌号常用牌号 YG3YG3，YG6YG6，YG6XYG6X，YG8YG8， 成分：成分：CoCo为为3%3%，6%6%，6%6%，8%8%YWYW类类（M M类）类）：WC+TiC+TaC(NbC)+CoWC+TiC+TaC(NbC)+Co 常用牌号常用牌号YW1YW1，YW2YW2 通用硬质合金通用硬质合金YTYT类类（P P类）类）：WC+TiC+CoWC+TiC+Co 常用牌号常用牌号 YT5YT5，YT14YT14，YT1

19、5YT15，YT30YT30， 成分：成分：TiCTiC为为5%5%，14%14%，15%15%，30%30% Co Co为为10%10%， 8%8%， 6%6%， 4% 4% 种类种类YGYG类：类：YTYT类：类：YWYW类：类：主要主要成分成分WC+CoWC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+Tac(NbC)WC+TiC+Tac(NbC)+Co+Co特点特点抗冲击，抗冲击，耐热性略低耐热性略低耐磨，耐热，耐磨，耐热，抗冲击性略低抗冲击性略低耐热，耐冲击耐热，耐冲击典型典型牌号牌号YG3YG3，YG6YG6， YG6XYG6X，YG8YG8YT5YT5，YT14YT14

20、，YT15YT15，YT30YT30YW1YW1，YW2YW2成分成分变化变化含含CoCo量增加量增加含含CoCo量减少，量减少，含含TiCTiC量增加量增加含含CoCo量增加量增加性能性能变化变化抗冲击能力增加抗冲击能力增加抗冲击能力抗冲击能力减少，焊接减少，焊接性下降性下降抗冲击能力增加抗冲击能力增加重要YGYG类类YTYT类类YWYW类类铸铁，断续铸铁，断续有色金属，有色金属，层压纤维、淬硬钢、层压纤维、淬硬钢、高强钢、高温合金高强钢、高温合金钢，连续钢，连续各种普通钢、各种普通钢、耐热钢、耐热钢、高锰钢、高锰钢、不锈钢不锈钢中低速中低速高速高速广广YG3YG3、 YG6 YG6 、YG

21、8YG8YT5 YT5 、YT15YT15、YT30YT30YW1YW1、YW2YW2三、选用三、选用 精加工时宜选用含钴少、硬度高的合金，如精加工时宜选用含钴少、硬度高的合金，如YG3YG3或或YT30YT30 粗加工或有冲击载荷宜选用含钴多、抗弯强度大的合金，粗加工或有冲击载荷宜选用含钴多、抗弯强度大的合金，如如YG8YG8或或YT5YT5重要！四四. .新型硬质合金新型硬质合金 1. 1. 添加碳化钽（添加碳化钽（TaCTaC）、碳化铌（）、碳化铌（NbCNbC）的硬质合金。的硬质合金。 可显著提高常温硬度、高温硬度、高温强可显著提高常温硬度、高温硬度、高温强度和耐磨性，但抗弯强度略低，

22、如度和耐磨性，但抗弯强度略低，如YG6AYG6A。 在在TiCTiC含量少于含量少于10%10%的的WC-TiC-CoWC-TiC-Co合金中添加，合金中添加，可获得较好的综合机械性能。如可获得较好的综合机械性能。如YW1YW1，YW2YW2。跳着走跳着走第四节第四节 涂层刀具涂层刀具（1 1）常用的涂层材料常用的涂层材料TiCTiC、TiNTiN、AlAl2 2O O3 3（2 2）涂层形式涂层形式单涂层、复合涂层单涂层、复合涂层 （3 3）优点优点 涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性因此具有较高的耐磨性 （4 4）适用范围适

23、用范围 主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很小的精密切削。小的精密切削。（1 1）材料组成材料组成 主要由硬度和熔点都很高的主要由硬度和熔点都很高的AlAl2 2O O3 3、SiSi3 3N N4 4等等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制

24、烧结而成。法制粉，再压制烧结而成。 （2 2）常用种类常用种类 AlAl2 2O O3 3基陶瓷和基陶瓷和SiSi3 3N N4 4基陶瓷基陶瓷（3 3）优点）优点 有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。 （4 4）缺点）缺点 强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。性大，抗冲击性能很差。（5 5）适用范围）适用范围 高速精细加工硬材料。高速精细加工硬材料。二、金刚石刀具二、金刚石刀具（1 1）分类）分类 天然金刚石刀具；人造聚晶金天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。 （2 2）优点）优点 极高的硬度和耐磨性，人造金极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达刚石硬度达10000HV10000HV，耐磨性是硬，耐磨性是硬质合金的质合金的60608080倍；切削刃锋利，倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热