金属切削原理与刀具认知实习

1、认知实习认知实习金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具任务任务1 1：刀具分类 机床种类分类：车、钻、镗、磨、铣、刨、拉、锯。比如车刀在比如车刀在用途上分类用途上分类：通常根据加工表面特征可分为外圆车刀、端通常根据加工表面特征可分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀、切断刀等（如下图所视）。面车刀、内孔车刀、螺纹车刀、切断刀等（如下图所视）。（a a）直头直头外圆车刀：车削外圆、外圆车刀：车削外圆、端面、倒棱；端面、倒棱；（b b）弯头弯头外圆车刀：车削外圆、外圆车刀：车削外圆、端面、倒棱端面、倒棱 ；（c c）偏刀（）偏刀（9090外圆车刀、端外圆车刀、端面车刀）：车阶梯轴、轴肩、面车刀）

2、：车阶梯轴、轴肩、端面、细长轴；端面、细长轴；（d d）切槽或切断刀：切槽、切）切槽或切断刀：切槽、切断，刚性强度差；断，刚性强度差；（e e）镗孔刀）镗孔刀: :车内孔；车内孔；（f f）螺纹车刀）螺纹车刀: :车螺纹；车螺纹；（g g）成形车刀：车各种成形表）成形车刀：车各种成形表面；面； 从从结构上分类结构上分类：车刀可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀和可转车刀可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀和可转位车刀，装配车刀。位车刀，装配车刀。再比如磨削加工类型再比如磨削加工类型磨削加工可分为下列磨削加工可分为下列几种类型：几种类型： 1. 1. 外圆磨削，外圆磨削，2. 2. 内圆磨削；内圆磨

3、削； 3. 3. 平面磨削；平面磨削； 4. 4. 成形磨削成形磨削5. 5. 砂带磨削；砂带磨削； 6. 6. 无心磨削；无心磨削； 7. 7. 砂轮切断；砂轮切断； 砂轮分类砂轮分类任务二：刀具基本结构刀具切削部分由一尖二刃三面组成。刀具切削部分由一尖二刃三面组成。前刀面前刀面A：切屑沿其流出的刀面。：切屑沿其流出的刀面。控制切屑流向控制切屑流向主后面主后面A：刀具上同前：刀具上同前刀面相交形成主切削刃刀面相交形成主切削刃的表面，与工件过渡表的表面，与工件过渡表面相对。面相对。副后面副后面A ：刀具上：刀具上同前面相交形成副切同前面相交形成副切削刃的表面，与工件削刃的表面，与工件已加工表面

4、相对。已加工表面相对。主切削刃主切削刃S： 前前刀面与主后面的刀面与主后面的交线。承担主要交线。承担主要切削工作。切削工作。副切削刃副切削刃S ： 前刀面与副后面的交线。担负少量切削工作前刀面与副后面的交线。担负少量切削工作 刀尖：刀尖： 主、主、副切削刃交汇副切削刃交汇处。一小段直处。一小段直线或圆弧。线或圆弧。 衡量刀具的角度任务任务3 3：刀具材料：刀具材料 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料五大类。其主要力学物理金、陶瓷、超硬材料五大类。其主要力学物理性能见下页表格。性能见下页表格。 目前应用最多的是高速钢和硬质合金。目前应用最多

5、的是高速钢和硬质合金。 数字统计如下：我国目前高速钢用量约数字统计如下：我国目前高速钢用量约占刀具的占刀具的6060以上，硬质合金的用量约占以上，硬质合金的用量约占3030以上，随着难加工材料应用的增加，陶瓷刀以上，随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具和超硬刀具材料的使用量日益增长。工具钢工具钢高速钢材料制成的中心钻涂层硬质合金刀片立方氮化硼刀具天然单晶金刚石晶体聚晶金刚石刀具金刚石砂轮激光金刚石切割片总结 刀具材料应具备的性能包括足够的硬刀具材料应具备的性能包括足够的硬度和耐磨性、足够的强度与韧性、较度和耐磨性、足够的强度与韧性、较高的耐热性、较好的工艺性、较好

6、的高的耐热性、较好的工艺性、较好的传热性和经济性传热性和经济性. . 工具钢包括碳素工具钢和合金工具钢。碳素工具钢优点工具钢包括碳素工具钢和合金工具钢。碳素工具钢优点是工艺性能良好，有较高的耐磨性，价格低廉是工艺性能良好，有较高的耐磨性，价格低廉; ;最大缺点是热最大缺点是热硬性差，淬透性低。主要用于制造手用刀具、低速及小进给硬性差，淬透性低。主要用于制造手用刀具、低速及小进给量的机用刀具。合金工具钢比碳素工具钢有较高的淬透性、量的机用刀具。合金工具钢比碳素工具钢有较高的淬透性、韧性、耐磨性和耐热性。主要用于制造细长刀具或截面积大、韧性、耐磨性和耐热性。主要用于制造细长刀具或截面积大、刃形复杂

7、的刀具。刃形复杂的刀具。 高速钢按切削性能可分为普通高速钢、高性能高速钢高速钢按切削性能可分为普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速和粉末冶金高速钢。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢还具有较高的硬度、耐磨性以及强度和韧性。与硬质合金钢还具有较高的硬度、耐磨性以及强度和韧性。与硬质合金相比，高速钢的最大优点是可加工性好并具有良好的综合力相比，高速钢的最大优点是可加工性好并具有良好的综合力学性能。高速钢主要用于制造形状复杂的刀具。高性能高速学性能。高速钢主要用于制造形状复杂的刀具。高性能高速钢和粉末冶金高速钢适于制造切削难加工材料的各种精密刀钢和粉末冶金高

8、速钢适于制造切削难加工材料的各种精密刀具和形状复杂刀具具和形状复杂刀具。 硬质合金刀具材料有硬质合金刀具材料有YGYG类、类、YTYT类、类、YWYW类类和和YNYN类四种。具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、类四种。具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、抗弯强度低和可加工工艺性差等特点。抗弯强度低和可加工工艺性差等特点。YGYG类硬质类硬质合金主要用于加工形成短切屑的铸铁、有色金属及合金主要用于加工形成短切屑的铸铁、有色金属及非金属等脆性材料以及淬硬钢、高强度钢和奥氏体非金属等脆性材料以及淬硬钢、高强度钢和奥氏体不锈钢等难加工材料。不锈钢等难加工材料。YTYT类硬质合金主要用于加类硬质合金主要用于加工

9、形成长屑的钢材等塑性材料。工形成长屑的钢材等塑性材料。YWYW类硬质合金主类硬质合金主要用于加工钢料和难加工材料的半精加工和精加工。要用于加工钢料和难加工材料的半精加工和精加工。YNYN类硬质合金适用于工具钢的半精加工和精加工类硬质合金适用于工具钢的半精加工和精加工及淬硬钢的加工。及淬硬钢的加工。 陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐热性，抗扩散和抗薪结能力强。最及耐热性，抗扩散和抗薪结能力强。最大缺点是大缺点是强度低、韧性差强度低、韧性差。适用于钢、。适用于钢、铸铁及塑性大的材料的半精加工和精加铸铁及塑性大的材料的半精加工和精加工，尤其对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬工

10、，尤其对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料零件加工特别有效度材料零件加工特别有效; ;但但不适于机械不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。冲击和热冲击大的加工场合。 金刚石和立方氮化硼属于超硬刀具材料主要用金刚石和立方氮化硼属于超硬刀具材料主要用于精加工。金刚石目前主要用于磨具及磨料，作为于精加工。金刚石目前主要用于磨具及磨料，作为刀具多在高速下对有色金属及非金属材料进行精细刀具多在高速下对有色金属及非金属材料进行精细车削及锁孔，注意不能加工铁等黑色金属。立方氮车削及锁孔，注意不能加工铁等黑色金属。立方氮化硼用于加工钢铁等黑色金属，特别是加工高温合化硼用于加工钢铁等黑色金属，特别是加工高温合金、淬火

11、钢和冷硬铸铁等难加工材料。金、淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料。 涂层刀片有效解决了刀具的硬度、耐磨性与强涂层刀片有效解决了刀具的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，大大提高了刀具的切削性能，度、韧性之间的矛盾，大大提高了刀具的切削性能，且具有较好的通用性，但价格较高。且具有较好的通用性，但价格较高。任务任务4 4：刀具的刃磨表面及方法：刀具的刃磨表面及方法 、刃磨工艺的选择 切削刀具刃磨的目的之一是获取性价比高的切削刃口质量，而质量好坏的关键在于刃磨砂轮粒度的选择。砂轮粒度越细，切削刃崩口越小，而磨削效率越低。为此可根据刀具切削刃的精度、用途或其失效程度将PCD切削刀具刃磨工艺分为粗、精、细三个

12、加工阶段。根据具体情况制订合理刃磨工艺可大幅度提高加工效率。 粗加工对刃口要求不高，可选电加工或磨削加工。电加工效率高，宜用于加工复杂刀具，如印刷电路板用钻头、切削强化木地板用成型铣刀等。磨削加工时可选粗粒度砂轮，刃磨时接触面积大、磨削力高（300400N），可快速去除多余的加工余量；细加工时选用细粒度砂轮，刃磨时接触面积小、磨削力低（100200N）、磨削发热量少，但材料去除率低。此阶段主要是通过研磨和抛光，进一步改善切削刃口质量。精加工居于二者之中。比如：车刀的刃磨比如：车刀的刃磨的砂轮选择1 . 砂轮的选择砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂和组织5个因素决定。磨料，常用的磨料有氧化物系

13、、碳化物系和高硬磨料系3种。船上和工厂常用的是氧化铝砂轮和碳化硅砂轮。2) 粒度：粒度表示磨粒大小的程度。以磨粒能通过每英寸长度上多少个孔眼的数字作为表示符号。粗磨车刀应选磨粒号数小的砂轮，精磨车刀应选号数大( 即磨粒细) 的砂轮。船上常用的粒度为46 号60 号的中软或中硬的砂轮。3）硬度：砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。 砂轮硬，即表面磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。 砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念，必须区分清楚。 刃磨高速钢车刀和硬质合金车刀时应选软或中软的砂轮.4）另外，在选择砂轮时还应考虑砂轮的结合剂和组织。 船上和工厂一般选用陶瓷结合

14、剂(代号A)和中等组织的砂轮。 综上所述，我们应根据刀具材料正确选用砂轮。 比如刃磨高速钢车刀时，应选用粒度为46号到60号的软或中软的氧化铝砂轮。刃磨硬质合金车刀时，应选用粒度为60号到80号的软或中软的碳化硅砂轮，两者不能搞错。比如：车刀刃磨的步骤比如：车刀刃磨的步骤磨主后刀面，同时磨出主偏角及主后角，如上图a)所示；磨副后刀面，同时磨出副偏角及副后角, 如上图b)所示；磨前面，同时磨出前角, 如上图c)所示；修磨各刀面及刀尖, 如上图d)所示。（1）人站立在砂轮机的侧面，以防砂轮碎裂时，碎片飞出伤人；（2）两手握刀的距离放开，两肘夹紧腰部，以减小磨刀时的抖动；（3）磨刀时，车刀要放在砂轮

15、的水平中心，刀尖略向上翘约38，车刀接触砂轮后应作左右方向水平移动。当车刀离开砂轮时，车刀需向上抬起，以防磨好的刀刃被砂轮碰伤；（4）磨后刀面时，刀杆尾部向左偏过一个主偏角的角度；磨副后刀面时，刀杆尾部向右偏过一个副偏角的角度；（5）修磨刀尖圆弧时，通常以左手握车刀前端为支点，用右手转动车刀的尾部。刃磨车刀的姿势及方法是：钻头的刃磨动作（1）站立姿势两脚左右分开，身体重心要稳，站立于砂轮前方，头部左右要正。（2）两手的握法右手握住钻头的头部，作为定位支点，左手握住柄部（左撇子也必须照此统一握法）（3）钻头与砂轮的相对位置钻头的轴心线与砂轮外圆母线在水平面内的夹角应等于钻头顶角2的一半，被刃磨部

16、分的主切削刃要处于水平位置。（4）刃磨动作将主切削刃在略高于砂轮水平中心线处先接触砂轮。右手缓慢地使钻头绕自己的轴线由下向上顺时针转动，同时施加适当的刃磨压力，这样可以使整个后面都能刃磨到，同时左手要配合右手作缓慢的同步下压运动，刃磨压力逐渐增大，这样就便于磨出后角，其下压的速度及其幅度随要求的后角大小而变化。总之，刃磨时两手的动作要协调、自然。常言道：要知道梨子的滋味，你就必须亲口尝一尝，你要将钻头刃磨好，你必须去反复练习，反复实践，才能将钻头刃磨好，实践出真知的道理一点不错。 为保证钻头两角对称及两个后角相等，根据实践中总结出来的经验，谨向同学们提出六点建议（即六个不变）： 两脚在砂轮机前

17、的站立位置不变； 刃磨时手肘在空间的位置不变； 刃磨时右手的上下位置保持不变； 刃磨时主切削刃相对于砂轮的左右位置不变； 左手下压的幅度和速度不变； 右手握住钻头的轴向位置不变。任务5：车刀安装注意问题 1)车刀不能伸出刀架太长，应尽可能伸出的短些。因为车刀伸出过长，刀杆刚性相对减弱，切削时在切削力的作用下，容易产生振动，使车出的工件表面不光洁。一般车刀伸出的长度不超过刀杆厚度的2倍。 2)车刀刀尖的高低应对准工件的中心。车刀安装得过高或过低都会引起车刀角度的变化而影响切削。根据经验，粗车外圆时，可将车刀装得比工件中心稍高一些；精车外圆时，可将车刀装得比工件中心稍低一些，这要根据工件直径的大小

18、来决定，无论装高或装低，一般不能超过工件直径的 1。 3)装车刀用的垫片要平整，尽可能地减少片数，一般只用2-3片。如垫刀片的片数太多或不平整，会使车刀产生振动，影响切削。 4)车刀装上后，要紧固刀架螺钉，一般要紧固两个螺钉。紧固时，应轮换逐个拧紧。同时要注意，一定要使用专用扳手，不允许再加套管等，以免使螺钉受力过大而损伤。 一、切削用量选择的基本原则一、切削用量选择的基本原则 1 1、粗加工时的切削用量选择的基本原则、粗加工时的切削用量选择的基本原则高生产效率是追求的基本目标。高生产效率是追求的基本目标。提高提高v vc c、增大、增大f f和和a ap p，都能提高生产率，都能提高生产率

19、。2 2、精加工时的切削用量选择的基本原则、精加工时的切削用量选择的基本原则 首先保证加工精度和表面质量，同时兼顾必要的使用寿命和首先保证加工精度和表面质量，同时兼顾必要的使用寿命和生产效率。生产效率。任务6：切削用量选择概念二、合理切削用量的选择方法二、合理切削用量的选择方法1.1.背吃刀量背吃刀量a ap p的确定的确定 一般根据加工性质与加工余量确定一般根据加工性质与加工余量确定a ap p。切削加工一般分为粗加工、。切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。半精加工和精加工。2.2.确定进给量确定进给量f f粗加工时粗加工时，合理进给量的大小主要受，合理进给量的大小主要受机床进给机构强

20、度、刀具的机床进给机构强度、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。半精加工和精加工时，合理进给量的大小则主要受工件加工精度半精加工和精加工时，合理进给量的大小则主要受工件加工精度和表面粗糙度的限制。此外，还需要考虑到所选的进给量能满足和表面粗糙度的限制。此外，还需要考虑到所选的进给量能满足加工精度，甚至卷屑、断屑的要求。加工精度，甚至卷屑、断屑的要求。生产实际中多采用查表法确定进给量。生产实际中多采用查表法确定进给量。3.3.切削速度切削速度v vc c的选择的选择 在在a ap p、f f值选定后，一般根据合理的刀具寿命计算或用查表来选值选定后

21、，一般根据合理的刀具寿命计算或用查表来选定切削速度。定切削速度。任务任务7：不重磨刀具不重磨刀具将能转位使用的多边形刀片用机械方法夹固在刀杆将能转位使用的多边形刀片用机械方法夹固在刀杆或刀体上的刀具。在切削加工中或刀体上的刀具。在切削加工中,当一个刃尖磨钝后当一个刃尖磨钝后,将将刀片转位后使用另外的刃尖，这种刀片用钝后不再重刀片转位后使用另外的刃尖，这种刀片用钝后不再重磨。磨。19491950年间，美国最早研制成采用机械夹固的年间，美国最早研制成采用机械夹固的可转位车刀，并于可转位车刀，并于1954年开始出售称为丢弃式年开始出售称为丢弃式(throw-away)的可转位刀片和车刀商品。中国曾称

22、这种刀具的可转位刀片和车刀商品。中国曾称这种刀具为为“不重磨刀具不重磨刀具”。可转位刀具可转位刀具cutting tool with indexable inserts1）可）可转位刀具的优点转位刀具的优点避免了硬质合金钎焊时容易产生裂纹的缺点避免了硬质合金钎焊时容易产生裂纹的缺点可转位刀片适合用气相沉积法在硬质合金刀片可转位刀片适合用气相沉积法在硬质合金刀片表面沉积薄层更硬的材料表面沉积薄层更硬的材料(碳化钛氮化钛和氧化铝碳化钛氮化钛和氧化铝),以提高切削性能。以提高切削性能。换刀时间较短换刀时间较短由于可转位刀片是标准化和集中生产的由于可转位刀片是标准化和集中生产的,刀片几刀片几何参数易于一致何参数易于一致,切屑控制稳定。切屑控制稳定。2）可）可转位刀片的型号及表示方法转位刀片的型号及表示方法 按国家标准规定，不同用途的可转位刀具，型按国家标准规定，不同用途的可转位刀具，型号的表示也有所不同，如果型号中不加前缀，即号的表示也有所不同，如果型号中不加前缀，即指装有硬质合金可转位刀片的可转位刀具；可转指装有硬质合金可转位刀片的可转位刀具；可转位刀具可以根据被加工材料的需要装夹其他材料位刀具可以根据被加工材料的需