刀具基础课件

2005-4-221金属切削原理与刀具《金属切削原理与刀具》

第一章刀具材料2005-4-223内容安排2005-4-224一、概述

刀具材料是指刀具上参与切削部分的材料。刀具的切削部分不但要求具有一定的几何形状，还要求有相应的刀具材料。目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金。2005-4-225（一）高的硬度和良好的耐磨性（二）高的强度和韧性（三）高的耐热性（四）良好的工艺性 总之，刀具应具备的性能主要就这四个方面，当然还有经济性、切削性能的可预测性等要求。

二、刀具材料应具备的性能2005-4-226

三、常用刀具材料

目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等。一）碳素工具钢

碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一般为0.65～1.35%）。

1、常用牌号有T7A、T8A……T13A等

2、主要性能淬火后硬度较高，可达HRC61～65；红硬性为200℃～250℃，价格低廉，不耐高温，切削速度因此而不能提高，允许切削速度VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉等。

2005-4-2272005-4-228二）合金工具钢

在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、钨（W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减少热处理时的变形。

1、主要牌号有9SiCrCrWMn2、主要性能淬火后的硬度可达HRC61～65，红硬性为300℃～400℃，允许切削速度Vc=10～15m/min,制作低速、形状比较复杂、要求淬火后变形小的刀具。如板牙、拉刀、手用铰刀（孔的精加工）等。三、常用刀具材料2005-4-229

三）高速钢高速钢是一种高合金工具钢，钢中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。

(一)高速钢的性能

三、常用刀具材料2005-4-2210

（二）高速钢的分类三、常用刀具材料2005-4-2211

四）硬质合金

硬质合金=硬质相（TiC或WC）+

粘结相（Co、Ni、Mo等，其中Co比较常用）（一）主要性能三、常用刀具材料2005-4-2212

（二）分类1、钨钴钛类硬质合金YG：

WC+Co①常用牌号：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）②应用：

主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640℃时发生严重粘结，使刀具磨损，耐用度下降。三、常用刀具材料2005-4-2213

2、钨钴钛类硬质合金（YT）：硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co）①常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30（数字表示TiC的百分含量）②应用：

主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。三、常用刀具材料2005-4-22143、添加稀有金属硬质合金钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）和钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW），是在钨钴钛类硬质合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高和金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。这类合金可以用于加工铸铁及有色金属，也可用于加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要用于加工难加工材料。4、碳化钛基硬质合金（YN）这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。主要用于钢材、铸铁的精加工、半精加工和粗加工。三、常用刀具材料2005-4-2215

（三）涂层硬质合金的选用涂层硬质合金是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片或高速钢等），通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对硬质合金表面涂层厚度为5～12μm的涂层材料以提高刀具的抗磨损能力。涂层材料为TiC、TiN、Al2O3等。适合于各种钢材、铸铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较小的精加工。三、常用刀具材料2005-4-2216

（一）陶瓷材料陶瓷材料主要是以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制成型后烧结而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化学性能稳定，耐氧化，所以被广泛用于高速切削加工中。陶瓷刀具和传统硬质合金刀具相比，具有以下优点：四、其他刀具材料2005-4-2217（二）立方氮化硼

它是一种人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高温、其硬度很高，可达8000～9000HV,仅次于金刚石，并具有很好的热稳定性，可承受1000℃以上的切削温度，它的最大的优点是在高温1200℃～1300℃时也不会与铁族金属起反应。因此既能胜任淬火钢、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。2005-4-2218（三）金刚石

分为人造和天然两种，是目前已知最硬的，硬度约为HV10000,故其耐磨性好，不足之处是抗弯强度和韧性差，对铁的亲和作用大，故金刚石刀具不能加工黑色金属，在800℃时，金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，刀具急剧磨损。金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。主要用作磨具及磨料，有时用于修整砂轮。2005-4-2219金刚石砂轮2005-4-2220激光金刚石切割片第二章

刀具几何参数与

切削用量的合理选择§2-1刀具几何参数的合理选择§2-2切削用量的合理选择2005-4-2222

合理选择刀具几何参数一、刀具合理几何参数的基本内容二、前角、后角和主、副偏角的功用及其选择2005-4-2223一、刀具合理几何参数的基本内容

1.刃形：刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃切断刀的刃形2005-4-2224外圆车刀的刃形2005-4-2225外圆车刀的刃形2005-4-2226一、刀具合理几何参数的基本内容2、切削刃刃区的剖面型式3、刀面型式及参数2005-4-2227后刀面2005-4-2228

后刀面2005-4-2229负倒棱2005-4-2230前刀面2005-4-2231前刀面2005-4-2232刃形的区别负倒棱消振棱刃带2005-4-22334、刀具角度A、前角的功用及合理前角值的选择

1）前角的主要功用(1)影响切削区域的变形程度(2)影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件(3)影响切屑形态和断屑效果(4)影响已加工表面质量2005-4-2234A、前角的功用及合理前角值的选择2）合理前角的概念

在一定的条件下，前角有一个合理的数值。

2005-4-2235A、前角的功用及合理前角值的选择3）合理前角的选择原则：主要考虑以下因素①工件材料的强度、硬度②是否是塑性材料和脆性材料③是否是粗加工和精加工④刀具材料的抗弯强度是否高⑤工艺系统刚性是否好和机床功率是否够⑥是否是数控机床和自动机、自动线用刀具

2005-4-2236B、后角的功用及合理前角值的选择

后角数值合理与否直接影响已加工表面的质量、刀具使用寿命和生产率。1.后角的功用

①影响后刀面与加工表面之间的摩擦

②影响加工工件的精度③影响刀具耐用度和刃口的强度2005-4-22372.后角的选择

2005-4-2238C、主、副偏角的功用及其选择1.主偏角的功用

①影响已加工表面残留面积的高度

②影响各切削分力的比例③影响刀尖的强度和刀具耐用度④影响断屑2005-4-22392.主、副偏角的选择主偏角主要根据加工条件和工艺系统刚性来选择副偏角主要考虑表面粗糙度、刀尖强度和散热面积来选择。2005-4-2240D、刃倾角的功用及其选择

1.刃倾角的功用①影响已加工表面质量

②影响各切削分力的比例③影响刀尖的强度④影响切入切出的平稳性2005-4-2241刃倾角控制切屑流向，影响加工质量刃倾角小于0°时2005-4-2242刃倾角大于0°时2005-4-2243刃倾角等于0°时2005-4-22442.刃倾角的选择根据加工性质和加工条件选择

1）粗加工λS<0（保护刀尖）精加工λS>0（使FP小些）

2）断续切削：λS<0（保护刀尖）

3）工件σb、HB大：λS<0（保护刀尖）

4）系统刚性差：λS>0（使FP小些）

5）微量切削：λS取大值(使刀具实际刃口半径↓）切削用量的合理选择刀具耐用度的确定切削用量的选择原则切削用量的选择方法2005-4-2246刀具耐用度的确定（一）最大生产率耐用度完成一个工序所需要的工时tw为求一阶导数，得最大生产率耐用度（二）最低成本耐用度（经济耐用度）每个工件的工序成本为

刀具经济使用寿命2005-4-2247切削用量的选择原则粗加工时，为充分发挥机床和刀具的性能，以提高金属切除量为主要目的，应选择较大的切削深度、较大的进给量和适当的切削速度。精加工时，应主要考虑保证加工质量，并尽可能的提高加工效率，应采用较小的进给量和较高的切削速度。在切削加工性差的材料时，由于这些材料硬度高、强度高、导热系数低，必须首先考虑选择合理的切削速度。2005-4-2248切削用量的选择方法在一般情况下，首先根据加工余量选择切削深度ap，其次根据工件材料的硬化深度和切屑断连的已加工表面粗糙度情况选择进给量f，最后尽量选择较高的（高速钢刀具选择较低的）切削速度Vc，以切削速度来控制切削温度，消除切屑瘤，保证工件表面粗糙度。

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刀具几何参数和切削用量表工件材料刀具材料刀具几何参数切削用量低碳钢易切钢中碳钢GYT、YWG25-308-2030-4025-3015-208-106-890-18020-300.3-50.3-100.5-50.1-0.50.08-10.1-0.5γ0α0Vc(m/min)Ap(nm)F(mm/r)2005-4-2250参数选择说明A、粗车时，选用低的切削速度，大的切削深度和进给量。B、精车时，选用高的切削速度，小的切削深度和进给量。C、高速钢刀具精车时采用Vc小于10m/min的切削速度以控制积屑瘤产生，降低钢件粗糙度。D、对铸钢件，粗车应选比较低的切削速度。E、断续切削时，刀具前角适当减小。F、刀具材料抗弯强度低，γ0应减小到0～5°。第三章切削加工性、表面粗糙度和切削液工件材料的切削加工性表面粗糙度切削液2005-4-22523-1工件材料的切