机械制造技术基础 课件 【ch03】金属切削刀具

金属切削刀具“普通高等教育机械类系列教材机械制造技术基础第三章01刀具材料1)高的硬度和耐磨性刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，且必须具有高的耐磨粒磨损的性能。常温下，刀具硬度应在60HRC以上。2)足够的强度和韧性刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力，为了防止刀具产生脆性破坏和塑性变形，刀具材料必须有足够的强度和韧性。3)良好的耐热性和导热性刀具材料的耐热性是指刀具材料在高温下仍能保持其硬度和强度的能力。耐热性越好，刀具材料在高温下抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。4)良好的工艺性与经济性为便于制造，要求刀具材料具有良好的锻造、焊接、热处理和磨削加工等性能，同时应尽可能满足资源丰富和价格低廉的要求。3.1刀具材料高速钢是指在合金工具钢中加入钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性、耐热性、耐磨性及工艺性，是目前应用广泛的刀具材料。高速钢因刃磨时易获得锋利的刃口，所以又称为“锋钢”。1)高速钢3.1刀具材料(1)普通高速钢常用普通高速钢的牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V。普通高速钢具有一定的硬度(62～67HRC)和耐磨性、较高的强度和韧性，特别适合于制造结构复杂的成形刀具、孔加工刀具等。由于高速钢的硬度、耐磨性、耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。3.1刀具材料(2)高性能高速钢高性能高速钢主要是指在普通高速钢中增加钒(V)、钴(Co)、铝(Al)等金属元素而得到耐热性、耐磨性更高的新型高速钢。高性能高速钢主要用于制造高温合金、钛合金、不锈钢等难加工材料的切削加工刀具。目前常用的高性能高速钢主要有高钒高速钢(如W6MoSCr4V3)、钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)、铝高速钢(如W6Mo5Cr4VA1)等。3.1刀具材料(3)粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢是指采用高压惰性气体(如氩气或纯氮气等)将高频感应炉熔融的高速钢钢液雾化，得到细小的高速钢粉末，再经高温高压压制成形并锻轧成坯而成的一种高速钢。它克服了一般铸造方法组织粗大和共晶偏析的缺点，具有韧性与强度较高、热处理变形小、耐磨性好等优点，适合于制造切削难加工材料的刀具及大尺寸复杂刀具(如滚刀、插齿刀等),也适合于制造精密刀具、形状复杂的刀具和断续切削的刀具等。3.1刀具材料硬质合金是由硬度和熔点都很高的金属碳化物粉末(如WC、TiC等)和黏结剂(如Co、Mo、Ni等)烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度为71～82HRC,能耐850～1000℃的高温，切削速度比高速钢高4～10倍。但其韧性与抗弯强度差，抗冲击性和抗振性差，制造工艺性差。2)硬质合金3.1刀具材料(1)K类(YG)K类(YG)即钨钴类硬质合金，由碳化钨(WC)和钴(Co)组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有YG8、YG6和YG3等，牌号中的数字表示Co的质量分数，如YG6表示Co的质量分数为6%。Co的质量分数越高，合金的韧性越好。3.1刀具材料(2)P类(YT)P类(YT)即钨钴钛类硬质合金，由碳化钨、碳化钛(TiC)和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧度较差，适用于加工钢料等韧性材料。常用的牌号有YT5、YT15和YT30等，牌号中的数字表示碳化钛的质量分数。碳化钛的含量越高，合金的耐磨性越好、韧性越差。3.1刀具材料(3)M类(YW)M类(YW)即钨钴钛钽铌类硬质合金，是在钨钴钛类硬质合金中加入少量的稀有金属碳化物(TaC或NbC)而制成的。它具有前两类硬质合金的优点，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韧性材料，同时还能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用的牌号有YW1、YW2等。3.1刀具材料陶瓷刀具是主要以氧化铝(Al₂O₃)或氮化硅(Si₃N4)为基体，再添加少量金属，在高温(大约1700℃)和高压(超过25MPa)下烧结而成的一种刀具材料。它具有很高的硬度和耐磨性，能耐1200℃的高温，故能承受较高的切削速度，主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工，适合高速切削和干切削加工。但是，陶瓷刀具脆性较大，一般只适合连续切削。一些新型复合陶瓷刀具也可用于断续切削及半精加工或粗加工难加工的材料。陶瓷材料被认为是提高生产效率的最有希望的刀具材料之一。3)陶瓷刀具3.1刀具材料在铣削时，机械加工部分的每个刀齿面临的持续切入切出冲击使陶瓷刀具的损坏加剧。氧化铝陶瓷刀具(见图3.3)主要添加钛、镁、铬或氧化锆，使它们均匀分布到氧化铝基质中，以提高韧性。氮化硅陶瓷刀具(见图3.4)具有较高的抗热冲击性能，并具有较高的韧性。氮化硅陶瓷刀具最典型的应用是铸铁的粗加工。当前，由碳化硅(SiC)晶须增强的氧化铝陶瓷刀具得到了高度关注，晶须的加入大大提高了陶瓷刀具的韧性，适合于铣削操作。晶须增强陶瓷刀具成功地应用于淬火钢和难以加工的超级合金，特别是镍基高温合金。3.1刀具材料聚晶立方氮化硼(PCBN)是由六方氮化硼(白石墨，hBN)在高温(1500℃)高压(8GPa)下转化而成的，其硬度仅次于金刚石，耐热温度可达1400℃,有很高的化学稳定性，耐磨性好，与铁族材料亲和力小，但其强度低，焊接性差。目前PCBN主要用于加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。4)聚晶立方氮化硼3.1刀具材料PCBN中氮化硼含量在40%～95%之间，而黏合剂可以是Co、W或陶瓷。整体PCBN烧结块是不带合金基体直接烧结成为整体PCBN刀坯，经过刃磨后制成整体PCBN刀片。PCBN复合片是直接在高温高压下把立方氮化硼(CBN)层与硬质合金衬底复合在一起，经过切割、焊接工艺做成各种切削刀具或刀片。3.1刀具材料金刚石分为天然和人造两种，是碳的同素异形体，是目前最硬的刀具材料。金刚石的耐磨性是硬质合金的80～120倍，有很好的导热性，较低的热膨胀系数，但韧性差，与铁有很强的化学亲和力，因此一般不宜加工钢材，主要用于有色金属及非金属的精加工、超精加工以及用于制造磨具。5)金刚石3.1刀具材料由于合成工艺不同，人造金刚石内部晶粒尺寸差异较大，粗晶粒尺寸的人造金刚石用于制造具有高耐磨性的刀具，但如果机加工部分需要进行表面精加工，则首选超细晶粒人造金刚石刀具。天然金刚石是一种单晶金刚石，可以生产具有几何定义的绝对无缺陷的切削刃。天然金刚石通常含有氮，氮含量不同，则硬度和热导率不同。这种非常昂贵的材料适用于要求非常高的表面抛光、有色金属材料的加工、微加工、修整磨轮和超级合金的加工。3.1刀具材料刀具涂层是涂覆于刀具表面的厚度为2～15μm的覆盖层(见图3.8)。涂层材料牢固地沉积在刀具基底上，以提高刀具性能。涂层材料比高速钢和硬质合金等要硬得多，且为刀具提供了一个化学稳定的表面和热保护层，提高了刀具在切削过程中的性能。自从涂层技术应用于刀具，切削速度和生产力都有了很大的提高。3.1刀具材料CVD可实现单成分单层及多成分多层复合涂层的沉积，涂层与基底结合强度较高，薄膜较厚，为7～9μm,具有很好的耐磨性。PVD技术主要用于整体硬质合金刀具和高速钢刀具的表面处理，且已普遍应用于硬质合金钻头、铣刀、铰刀、丝锥、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。PVD技术主要用于整体硬质合金刀具和高速钢刀具的表面处理，且已普遍应用于硬质合金钻头、铣刀、铰刀、丝锥、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。刀具涂层分为化学气相沉积(CVD)涂层和物理气相沉积(PVD)涂层两大类。3.1刀具材料3.1刀具材料涂层颜色硬度(GPa)厚度(μm)摩擦系数最大使用温度(C)TiN金色241~70.55600TiCN蓝灰色371~40.20400CrN银色181~70.30700AITiN黑色381~40.70900TiAlCN紫色331～40.30500ZrN铂金色201~40.40550AlCrN蓝灰色321~40.60900单层涂层：在无冲击或切削力较低时使用。双层涂层：层与层之间结合力较大，底层和上层性能良好。多层涂层：可提高涂层的抗剪强度，避免裂纹在不同的层之间传播。黏附层：加入0.05～0.2μm的薄黏附层，可以提高结合强度。涂层正在向多层化方向发展，包括良好的黏附层、高强度的内层和硬而耐温的外层。3.1刀具材料02刀具的种类由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性，客观上要求用于加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类很多，按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等。3.2刀具的种类车刀是金属切削加工中应用最广泛的一种刀具，它可以加工外圆、端面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。整体式车刀常用高速钢制造，焊接式车刀、机夹式车刀和可转位式车刀常用硬质合金制造。机夹式车刀和可转位式车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越多。3.2刀具的种类孔加工刀具一般可分为两类：一类是在实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。3.2刀具的种类麻花钻是应用最广泛的孔加工刀具，特别适合于直径小于30mm的孔的粗加工，有时也可用于扩孔。麻花钻根据其制造材料分为高速钢麻花钻和硬质合金麻花钻。3.2刀具的种类工作部分有两个对称的刃瓣(通过中间的钻芯连接在一起，中间形成横刃)、两条对称的螺旋槽(用于容屑和排屑);导向部分磨有两条棱边(刃带),为了减少与加工孔壁的摩擦，棱边直径磨有0.03～0.12/100的倒锥量，从而形成了副偏角。3.2刀具的种类麻花钻的两个刃瓣可以看作两把对称的车刀：螺旋槽的螺旋面为前刀面，与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面为主后刀面，与工件的已加工表面(孔壁)相对的两条棱边为副后刀面，螺旋槽与主后刀面的两条交线为主切削刃，副后刀面与螺旋槽的两条交线为副切削刃。麻花钻的横刃为两后刀面在钻芯处的交线。中心钻(见图3.12)用于加工轴类工件的中心孔。钻孔时，先打中心孔，这样有利于钻头的导向，可防止钻偏。3.2刀具的种类深孔钻是专门用于钻削深孔(长径比>5)的钻头。为解决深孔加工中的断屑、排屑、冷却润滑和导向等问题，人们先后开发了外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻和套料钻等多种深孔钻。图3.13为内排屑深孔钻的工作原理图。3.2刀具的种类扩孔钻常用于铰或磨前的预加工以及毛坯孔的扩大，扩孔效率和精度均比麻花钻高。扩孔钻实物及扩孔钻的结构如图3.14所示。3.2刀具的种类铰刀是精加工刀具，加工精度为IT6～IT7,加工表面粗糙度Ra为0.4～1.6μm。图3.15所示是几种常用的铰刀。3.2刀具的种类镗刀多用于箱体孔的粗、精加工，一般分为单刃镗刀和多刃镗刀两大类。结构简单的双刃镗刀如图3.16所示。3.2刀具的种类铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具，其种类很多，可以用来加工平面、各种沟槽、螺旋表面、轮齿表面和成形表面等。铣刀按用途分为以下几类。(1)加工平面用的，如面铣刀;(2)加工沟槽用的，如立铣刀;(3)加工成形表面用的，如球头铣刀。3.2刀具的种类拉刀类刀具是在工件上拉削出各种内、外几何表面的刀具，其加工精度和切削效率都比较高，广泛用于大批生产中。拉刀按所加工工件表面的不同，可分为内拉刀和外拉刀两类。3.2刀具的种类0102螺纹车刀是用来在车床上进行螺纹的切削加工的一种刀具，包括内螺纹车刀和外螺纹车刀两类。丝锥是一种加工内螺纹的工具，按照形状可以分为螺旋槽丝锥(见图3.21)、刃倾角丝锥、直槽丝锥(见图3.21)和管用螺纹丝锥等；按照使用环境可以分为手用丝锥和机用丝锥。丝锥是攻螺纹采用最多的加工工具。3.2刀具的种类1)螺纹车刀2)丝锥03板牙(见图3.22)相当于一个具有很高硬度的螺母，螺孔周围制有几个排屑孔，一般在螺孔的两端磨有切削锥。板牙按外形和用途分为圆板牙、方板牙、六角板牙和管形板牙，其中圆板牙应用最广。3.2刀具的种类3)板牙齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。按刀具的工作原理，齿轮刀具分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具。常用的齿轮刀具有插齿刀、滚齿刀和剃齿刀等。3.2刀具的种类数控刀具包括自动线专用刀具和数控机床专用刀具。3.2刀具的种类磨具是用于磨削、研磨和抛光等表面精加工和超精加工的工具。磨具也是刀具，包括砂轮(见图3.26)、砂带和油石等。3.2刀具的种类03工件材料的切削加工性与刀具选择工件材料的切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。1)以加工质量衡量切削加工性2)以刀具耐用度衡量切削加工性3)以单位切削力衡量切削加工性4)以断屑性能衡量切削加工性1.切削加工性的衡量指标3.3工件材料的切削加工性与刀具选择(1)工件材料常温硬度对切削加工性的影响。(2)工件材料高温硬度对切削加工性的影响。(3)工件材料中硬质点对切削加工性的影响。(4)工件材料的加工硬化性能对切削加工性的影响。1)工件材料的硬度对切削加工性的影响3.3工件材料的切削加工性与刀具选择工件材料的强度包括常温强度和高温强度。工件材料的强度越高，切削力就越大，切削功率随之增大，切削温度增高，刀具磨损增大。所以在一般情况下，切削加工性随工件材料强度的提高而降低。合金钢与不锈钢的常温强度和碳素钢相差不大，但高温强度却比较大，所以合金钢及不锈钢的切削加工性低于碳素钢。2)工件材料的强度对切削加工性的影响3.3工件材料的切削加工性与刀具选择工件材料的塑性以伸长率δ表示，伸长率δ越大，则塑性越大。强度相同时，伸长率越大，则塑性变形的区域随之扩大，因而塑性变形所消耗的功率也越大。衡量工件材料韧性的指标是冲击韧度ak。ak大的材料，在破断之前所吸收的能量较多。3)工件材料的塑性与韧性对切削加工性的影响3.3工件材料的切削加工性与刀具选择4)工件材料的热导率对切削加工性的影响在一般情况下，热导率高的材料，其切削加工性都比较高；而热导率低的材料，其切削加工性也低。但热导率高的工件材料，在加工过程中温升较高，这对控制加工尺寸造成一定困难，所以应加以注意。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择5)化学成分对切削加工性的影响(1)钢的化学成分的影响。为了改善钢的性能，钢中可加入一些合金元素如铬(Cr)、镍(Ni)、钒(V)、钼(Mo)、钨(W)、锰(Mn)、硅(Si)和铝(Al)等。(2)铸铁的化学成分的影响。铸铁的化学成分对切削加工性的影响，主要取决于这些元素对碳的石墨化作用。铸铁中碳元素以两种形式存在：与铁结合成碳化铁，或作为游离石墨。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择6)金属组织对切削加工性的影响(1)钢的不同组织对切削加工性的影响。一般情况下，铁素体的塑性较高，珠光体的塑性较低。钢中含有大部分铁素体和少部分珠光体时，切削速度及刀具耐用度都较高。(2)铸铁的金属组织对切削加工性的影响。铸铁按金属组织来分，有白口铸铁、珠光体灰铸铁、灰铸铁、铁素体灰铸铁和各种球墨铸铁(包括可锻铸铁)等。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择切削条件特别是切削速度对切削加工性有一定的影响。例如，在用硬质合金刀具切削铝硅压模铸造合金(铝硅铜、铝硅、铝硅铜铁镁等)时，在低的切削速度范围内，不同工件材料对刀具磨损的影响没有明显差异。但在切削速度提高时，硅含量高会加剧磨损。对于超共晶合金来说，有一个切削速度提高的限度，该限度决定于伪切屑的出现。伪切屑是工件材料的热力超负荷所致，常在刀具后刀面与工件间出现，这将使已加工表面更粗糙。7)切削条件对切削加工性的影响3.3工件材料的切削加工性与刀具选择(1)调整工件材料的化学成分，以改善切削加工性。在大批生产中，应通过调整工件材料的化学成分来改善切削加工性。如上所述，工件材料的化学成分能影响切削加工性，若在钢中适当添加一些化学元素，如S、Pb等，能使钢的切削加工性得到改善，这样的钢就称为易切钢。易切钢的良好切削加工性主要表现在：切削力小、容易断屑，且刀具耐用度高，加工表面质量好。易切钢中添加的元素几乎都不能与钢基体固溶，而是以金属或非金属夹杂物的状态分布，在基体中，就是这些夹杂物使切削加工性得以改善。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择(2)通过热处理改变工件材料的金相组织和物理力学性能，以改善切削加工性。高碳钢和工具钢的硬度偏高，且有较多的网状和片状渗碳体组织，较难切削。通过球化退火，可以降低它的硬度，并能得到球状渗碳体组织，因而改善了切削加工性。低碳钢的塑性过高，也不好切削。通过冷拔或正火处理，可以适当降低其塑性，提高硬度，使其切削加工性得到改善。马氏体不锈钢通常要通过调质处理，以降低塑性，使其切削加工性变好。热轧状态的中碳钢，组织不均匀，有时表面还有硬皮，也不容易切削。通过正火处理可以使其组织和硬度均匀，改善了切削加工性。有时中碳钢也可退火后加工。铸铁件一般在切削前都要进行退火，目的是降低表层硬度，消除内应力，以改善其切削加工性。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择1.刀具材料的选择高速钢具有较高的热稳定性，在切削温度为500～650℃时，尚能进行切削。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢能使切削速度提高1～3倍，使刀具耐用度提高10～40倍，甚至更多。它可以加工有色金属和高温合金材料。

高速钢具有高的强度(抗弯强度为一般硬质合金的2～3倍，为陶瓷的5～6倍)和切削性，具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性，适合于制造各类切削刀具，高速钢刀具可在刚性较差的机床上对工件进行加工。1)高速钢刀具材料的选用3.3工件材料的切削加工性与刀具选择1.刀具材料的选择YG类硬质合金刀具主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。加工这类材料时，切屑对刀具冲击很大，切削力和切削热都集中在刀尖附近。YG类合金有较高的抗弯强度和冲击韧度，可减少切削时的崩刃。同时，YG类硬质合金的导热性较好，有利于从刀尖传出切削热，降低刀尖温度。在低速到中速范围内切削时，YG类硬质合金刀具的耐用度比YT类硬质合金高。然而，由于YG类硬质合金的耐热性较YT类硬质合金差，切铸铁时如果切削速度太高，反而不如YT类硬质合金。此外，由于YG类硬质合金的磨削加工性较好，可以磨出较锐的切削刃，故适于加工有色金属和纤维层压材料。2)硬质合金刀具材料的选用3.3工件材料的切削加工性与刀具选择1.刀具材料的选择常用的陶瓷刀具材料有两种：Al₂O₃基陶瓷工具和Si₃N4基陶瓷刀具。Al₂O₃基陶瓷刀具具有下列特点。①有很高的硬度和耐磨性。陶瓷的硬度为91～95HRA,高于硬质合金，有很高的刀具耐用度。②有很高的耐热性。在1200℃以上仍能进行切削。在760℃时的硬度为87HRA,在1200℃时还能维持在80HRA。切削速度比硬质合金提高2～5倍。③有很高的化学稳定性。陶瓷与金属的亲和力小，抗黏结和抗扩散的能力较好。④有较低的摩擦系数，切屑与刀具不易黏结，已加工表面粗糙度较小。3)陶瓷刀具材料的选用3.3工件材料的切削加工性与刀具选择超硬刀具是指立方氮化硼刀具和金刚石刀具。立方氮化硼刀具可以用于淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等的半精加工和精加工，加工精度可达IT5(孔为IT6),表面粗糙度Ra为0.2～0.8μm,可代替磨削加工。立方氮化硼刀具还可用于加工某些热喷涂件及其他特殊材料。金刚石刀具多用在高速下对有色金属及非金属材料进行车削及镗孔，金刚石可用于制造磨具及用作磨料。金刚石刀具不适于加工钢铁材料，因为金刚石(C)和铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子作用而使其转化为石墨结构，使刀具极易损坏。金刚石的热稳定性较低，切削温度超过700℃时，其硬度会逐渐变小。4)超硬刀具材料的选用3.3工件材料的切削加工性与刀具选择涂层刀具有比基体高得多的硬度，在硬质合金基体上，TiC层厚度为4～5μm时，其表层硬度为2500～4200HV;在高速钢钻头、丝锥、滚刀等刀具上涂覆2μum厚的TiN涂层后硬度可达80HRC。涂层刀具有较高的抗氧化性能和抗黏结性能，因而耐磨性好，抗月牙洼磨损能力强。涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，大大提高刀具耐用度。涂层硬质合金刀片的耐用度比无涂层硬质合金刀片高1～3倍；涂层高速钢刀具的耐用度比无涂层高速钢刀具高2～10倍；加工材料的硬度越高，则涂层刀具的加工效果越好。此外，涂层硬质合金刀片的通用性广，一种涂层刀片可代替几种无涂层刀片使用，因而可大大简化刀具的管理。随着机夹可转位刀具的广泛使用，涂层硬质合金也得到越来越多的应用，在可转位刀片中的使用率超过90%。5)涂层刀具材料的选用3.3工件材料的切削加工性与刀具选择1)前角的选择前角是刀具上重要的几何参数之一，前角的大小决定着切削刃的锋利程度和强固程度。它对切削过程有一系列的重要影响。增大刀具的前角可以减小切屑变形，从而使切削力和切削功率减小，切削时产生的热量减少，使刀具耐用度得以提高。但是，增大前角会使楔角减小，这样一方面使刀刃强度降低，容易造成崩刃；另一方面会使刀头散热体积减小，刀头能容纳热量的体积减小，致使切削温度增高。因此，刀具的前角太大时，刀具耐用度也会下降，如图3.27所示。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择1)前角的选择实践证明，刀具合理前角主要取决于刀具材料和工件材料的种类与性质。(1)刀具材料的强度及韧性较高时可选择较大的前角。(2)刀具的前角还取决于工件材料的种类和性质。(3)工件材料的强度或硬度较小时，切削力不大，刀具不易崩刃，对刀具强固的要求较低，为了使切削刃锋利，宜选较大的前角。(4)用硬质合金车刀加工强度很大的钢料(0b为0.8～1.2GPa)或淬硬钢，特别是断续切削时，应从刀具破损的角度出发选择前角，这时常需采用负前角(-20°~-5°)。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择后角的主要作用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。后角的大小还影响作用在后刀面上的力、后刀面与工件的接触长度以及后刀面的磨损程度，因而对刀具耐用度和加工表面质量有很大的影响。如图3.28所示，当后刀面磨损量VB一定时，后角越大，即a₂>a₁时，NB₂>NB1,刀具实际磨损量也越大，刀具耐用度下降。2)后角的选择3.3工件材料的切削加工性与刀具选择刀具后角的选择原则如下。(1)合理后角的大小主要取决于切削厚度(或进给量)的大小。(2)工件材料的强度或硬度较高时，为了加强切削刃，宜取较小的后角，例如取α=5°~7°。(3)工艺系统刚性较差，容易出现振动时，应适当减小后角。(4)对于尺寸精度要求较高的刀具，宜取较小的后角。2)后角的选择3.3工件材料的切削加工性与刀具选择3)偏角的选择主偏角对刀具耐用度影响很大，并且可以在很大范围内变化。随着主偏角的减小，刀具耐用度得以提高。减小主偏角还可使工件表面残留物高度减小，从而使已加工表面粗糙度减小。然而，减小主偏角会降低加工精度，引起振动并使刀具(特别是刀具材料脆性大时)耐用度显著下降和已加工表面粗糙度显著增大。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择4)刀尖形状的选择(1)圆弧形过渡刃。圆弧形过渡刃不仅可提高刀具耐用度，还可大大减小已加工表面粗糙度。精加工车刀常采用圆弧形过渡刃。(2)直线形过渡刃。粗加工时，背吃刀量比较大，为了减小径向分力F,和振动，并使硬质合金刀片得到充分利用，通常采用较大的主偏角，但这时刀尖强度较小，散热条件恶化。为了改善这种情况，提高刀具耐用度，常常磨出直线形过渡刃。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择5)刃倾角的选择刀具的刃倾角可以控制切屑流出方向，影响刀头强度及断续切削时切削刃上受冲击的位置，影响切削刃的锋利程度和切削分力的大小。在加工一般钢料和铸铁时，无冲击负荷的粗车取2=-5°~0°,精车取λ=0°~5°。有冲击负荷时，取λ=-15°~-5°;当冲击特别大时，可取λ=-45°~-30°。刨刀的刃倾角一般可取-20°~-10°。加工高强度钢、高锰钢、淬硬钢时，可取λ=-30°~-20°。用y₆=-10°~-5°,x=60°~70°,λ=-15°~-10°的车刀切削钢料时，切屑可断成碎片，易于清除。3.3工件材料的切削加工性与刀具选择04切削用量的选择和提高选择切削用量就是要确定具体切削工序的背吃刀量ap、进给量人切削速度v及刀具耐用度T。选择切削用量时，要综合考虑生产效率、加工质量和加工成本。所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能(功率、转矩),在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。切削用量三要素v、f、ap对刀具耐用度和加工质量有很大的影响。3.4切削用量的选择和提高切削三要素v、人ap中任何一项增大，都会使刀具耐用度下降。对刀具耐用度影响最大的是切削速度v,其次是进给量f,影响最小的是背吃刀量ap。由此可以得出结论，从刀具耐用度出发，在选择切削用量时，应首先选用尽可能大的背吃刀量，再选用大的进给量，最后根据确定的刀具耐用度选择切削速度。3.4切削用量的选择和提高切削用量三要素中，ap增大，切削力成比例增大，使工艺系统弹性变形增大，并可能引起振动，因而会降低加工精度和增大表面粗糙度。进给量f增大，切削力也将增大，表面粗糙度会显著增大。切削速度增大时，切屑变形和切削力有所减小，表面粗糙度也有所减小。因此，在精加工和半精加工时，常常采用较小的背吃刀量和进给量。为了避免或减小积屑瘤和鳞刺，提高表面质量，硬质合金车刀常采用较高的切削速度(一般v=80~100m/min),高速钢车刀则采用较低的切削速度(如宽刃精车刀v=3～8m/min)。3.4切削用量的选择和提高1.背吃刀量的选择背吃刀量根据加工余量确定。切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。粗加工(表面粗糙度Ra为12.5μm以上)时，一次走刀应尽可能切除全部余量；在中等功率机床上，背吃刀量为8～10mm。半精加工时，背吃刀量取0.5～2mm。精加工时，背吃刀量取0.1～0.4mm。3.4切削用量的选择和提高1.背吃刀量的选择在下列情况下，粗车可能要分几次走刀：(1)加工余量太大时，一次走刀会使切削力太大，会造成机床功率不足或刀具强度不够。(2)加工细长轴和薄壁工件时，工艺系统刚性不足或加工余量极不均匀，以致引起很大振动。(3)断续切削时，刀具会受到很大冲击而造成打刀。3.4切削用量的选择和提高1.背吃刀量的选择在上述情况下，若需分两次走刀，也应将第一次走刀的背吃刀量尽量取大些，第二次走刀的背吃刀量尽量取小些，以保证精加工刀具有高的刀具耐用度、高的加工精度及较小的加工表面粗糙度。第二次走刀(精走刀)的背吃刀量可取加工余量的1/4～1/3。在用硬质合金刀具、陶瓷刀具、金刚石刀具和立方氮化硼刀具精车削和镗孔时，切削用量可取为ap=0.05～0.2mm,f=0.01～0.1mm/r,v=240～900m/min;这时表面粗糙度Ra为0.32～0.1μm,精度达到或高于