节金属切削刀具基础

机械制造技术基础河南工业大学机电工程学院机制系2013-2014年第1期课程安排与参考书课程安排总学时：72学时讲授：66学时参考书《机械制造技术基础》（第2版），于骏一、邹

青主编，机械工业出版社，2011《机械制造技术基础》（第2版），韩秋实、王红军等编，机械工业出版社，2005《机械制造技术基础》，卢秉恒主编，机械工业出版社第二章金属切削过程

切削过程是刀具从工件表面上切去多余材料的过程。

切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑---研究金属切削过程就是研究这些现象。金属切削过程

切削和磨削是机械加工的主要方法，在切削（磨削）过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，机械加工的质量、效率、成本就决定于这些矛盾的处理。

研究切削过程的矛盾，探索和掌握金属切削过程的基本规律，从而主动地加以有效的控制，对保证加工精度和表面质量，提高切削效率，降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。研究金属切削过程的意义1.切削加工的基本概念2.刀具角度3.刀具材料第一节金属切削刀具基础

1.1切削运动与切削过程中的工件表面切削运动——是指利用刀具切除工件上多余的金属层，以获得所要求的尺寸、形状精度和表面质量的运动。刨、

钻、

铣削时的切削运动

切削过程的切削表面：(1)待加工表面：即将被切去金属层的表面。(2)加工表面：切削刃正在切削的表面。(3)已加工表面：切削后形成的新表面。

这些定义也适用于其它切削。如刨削、钻削、铣削时的切削运动。

1.1切削运动与切削过程中的工件表面1）切削速度vc切削速度是主运动的线速度，单位为m／min。车削时切削速度为：(m/s或m/min)式中:d——工件或刀具直径(mm)；

n——工件或刀具转速(r／s或r／min)。

2）进给量f进给量是进给运动的单位量。车削时进给量f是取工件每旋转一周的时间内，工件与刀具的相对位移量，单位为mm／r(或mm/双行程)。故车削时进给运动速度vf为

：1.2切削用量vf=nf=nzfz3）背吃刀量ap背吃刀量是工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，车外圆时：1.2切削用量式中:dw——待加工表面直径(mm)；

dm——已加工表面直径(mm)。

切削用量（切削三要素）：切削速度，进给量，背吃刀量切削刃在一次走刀中从工件上切下的一层材料称为切削层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。切削层参数通常在与主运动方向相垂直的平面内观察与度量。1.3切削层参数切削层公称厚度hD切削层公称宽度bD切削层公称横截面积ADhD=f*sinkrbD=ap/sinkrAD=hD*bD=f*ap

1.切削加工的基本概念2.刀具角度3.刀具材料第一节金属切削刀具基础

刀具种类繁多，结构各异，但各种刀具的切削部分具有共同的特征。2.1刀具切削部分的构造三面两刃一尖前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖刀杆刀头2.2刀具的标注角度基面Pr假定主运动方向主切削刃上选定点刀柄底面平面1）刀具标注角度的参考系主剖面Po：⊥Ps⊥Pr切削平面Ps:与S相切且⊥Pr假定主运动方向Vc主剖面参考系（Pr-Ps-Po)主切削刃上选定点基面Pr：Pr⊥Vc

∥刀具安装面（车刀）2.2刀具的标注角度1）刀具标注角度的参考系2.2刀具的标注角度1）刀具标注角度的参考系2.2刀具的标注角度1）刀具标注角度的参考系

为便于刀具设计者在设计刀具时的标注，一般先合理地规定一些条件。在车削时，这些条件是：(1)装刀时，刀尖恰在工件的中心线上。(2)刀杆中心线垂直于工件轴线。(3)没有进给运动。(4)工件已加工表面的形状是圆柱表面。2.2刀具的标注角度2）刀具的标注角度2.2刀具的标注角度2）刀具的标注角度根据ISO规定，当刀尖是主切削刃上最低点时，λs为负值；当刀尖是主切削刃上最高点时，λs为正值。

λs＝0°(如图所示)的切削称直角切削或正切削。这时主切削刃与切削速度方向相垂直；

λs≠0°的切削称斜角切削。这时主切削刃与切削速度方向不垂直。

2.2刀具的标注角度3）切削方式自由切削：只有一条直线切削刃参与切削非自由切削：曲线切削刃或主、副切削刃同时参与切削直角切削：切削速度方向与主切削刃相垂直的切削斜角切削：切削速度方向与主切削刃不垂直的切削

直角切削和斜角切削(a)直角切削(b)斜角切削2.3刀具的工作角度进给量f越大，η值越大；工件切削直径d切越小，η值越大。1）横向进给运动对工作角度的影响2.3刀具的工作角度前角γ增大，后角aoe减小。2）纵向进给运动对工作角度的影响2.3刀具的工作角度3）刀具安装位置对工作角度的影响2.3刀具的工作角度4）刀杆中心线与进给方向不垂直对工作角度的影响1.切削加工的基本概念2.刀具角度3.刀具材料第一节金属切削刀具基础

3.刀具材料决定切削刀具切削性能因素包括：刀具材料刀具结构（整体、焊接、装配等）刀具切削部分的几何参数（几何角度）性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，其材料应具备以下要求。3.刀具材料1)高硬度和高耐磨性2)足够的强度与冲击韧性3)高耐热性4)良好的工艺性和经济性5)良好的导热性和耐热冲击性

刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。高耐热性。耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。刀具材料性能要求：3.刀具材料碳素工具钢高速钢合金工具钢刀具材料的种类高速钢超硬材料硬质合金陶瓷金刚石立方氮化硼CBN单晶金刚石聚晶金刚石（PCD）3.刀具材料1）高速钢

高速钢是一种加入了较多的钨W、铬Cr、钒V、鉬Mo等合金元素的高合金工具钢：有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。由于其制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在结构复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。3.刀具材料1）高速钢

高速钢普通高速钢高性能高速钢粉末冶金高速钢W18Cr4V。广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。W12Cr4V4Mo。在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的使用寿命为普通高速钢的1.5-3倍（60-180m/min）粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%．使用寿命可提高2-3倍。3.刀具材料1）高速钢

3.刀具材料2）硬质合金

硬质合金是由难熔金属碳化物（ＷＣ、ＴiＣ）和金属粘结剂（如Ｃo）经粉末冶金方法而制成的。硬度比高速钢高很多硬质合金的抗弯强度只相当于高速钢强度的1/2~1/3硬合金的韧度比高速钢低得多硬质合金的导热性高于高速钢，热导率是高速钢的2~3倍硬质合金的耐热性比高速钢高很多，在800℃～1000℃时尚可进行切削，在高温下有良好的抗塑性变形的能力。3.刀具材料2）硬质合金

硬质合金P（钨钛钴类）WC+TiC+Co代号为YT。K（钨钴类）为WC+Co代号为YGM（钨钛钽钴类）通用合金WC+TiC+TaC(NbC)+Co代号为YW。P类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属（45钢），用蓝色作标志K类主要用于加工短切屑的黑色金属（铸铁）、有色金属和非金属材料，用红色作标志。M类主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作标志3.刀具材料2）硬质合金--符号的意义后面的阿拉伯数字表示其成分含量，决定其性能和加工时承受载荷的情况或加工条件。YG8硬字的汉语拼音第一个字母钨钴类WC+Co钴字的汉语拼音第一个字母含钴Co量8%YT15钨钛钴类WC+TiC+Co钛字的汉语拼音第一个字母含钴TiC量15%3.刀具材料2）硬质合金YG3YG6YG8YT30YT15YT5碳钢、合金钢淬硬钢硬度、耐磨性、切削速度强度、韧性、进给量加工条件铸铁有色金属及其合金精粗3.刀具材料2）硬质合金YT类不宜加工含Ti的不锈钢和钛合金等难加工材料，而应采用YG类硬质合金。

YG类宜加工冷硬铸铁、高锰钢、淬硬钢以及含Ti的不锈钢、钛合金与高温合金。

YW类硬质合金可用于高温合金、高锰钢、不含Ti的不锈钢等难加工材料的半精加工和精加工。3.刀具材料2）硬质合金

3.刀具材料3）其他刀具材料

陶瓷刀具材料

1