机械制造基础项目一刀具基础知识课件.ppt

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1、项目一 刀具基础知识,任务一 刀具材料,1.刀具材料应具备的性能。2.高速钢的牌号、性能与选用。 3.硬质合金的牌号、性能与选用。,相关知识,一、刀具材料应具备的性能1高的硬度硬度是刀具材料应具备的基本特性。一般刀具材料的常温硬度应高于60HRC。 2高的耐磨性 耐磨性是刀具材料抵抗工件与切屑对刀具磨损的能力。刀具材料硬度越高，耐磨性就越好,3足够的强度与韧性一般来说，刀具硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。 4高的耐热性 耐热性是在高温条件下，刀具切削部分材料保持常温硬度、耐磨性、强度和韧性的能力，也可用红硬性或高温硬度表示。耐热性越好的材料允许的切削速度越高。5良好的工艺性与经济性,二、常用

2、刀具材料,常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼、涂层刀具和超硬刀具材料，目前用得最多的刀具材料是高速钢和硬质合金。（一）高速钢 高速钢是在合金工具钢中加入了较多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其抗弯强度较高，韧性较好，热处理后硬度为6370HRC，易磨出较锋利的切削刃，故在生产中常被称为“锋钢”。其耐热性为500650，切削中碳钢材料时的切削速度可达30m/min。,高速钢按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢，按制造方法分可分为熔炼高速钢和粉末高速钢。1普通高速钢 普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。（1）钨系高速钢。常见的牌号有W18C

3、r4V（简称W18），它含钨（W）18%、铬（Cr）4%、钒（V）1%，具有较好的综合性能和可磨削性，可制造各种复杂刀具和精加工刀具。（2）钨钼系高速钢。较常见的牌号有W6Mo5Cr4V2（简称W6），它含钨6%、钼（Mo）5%、铬4%、钒2%，它具有较好的综合性能。 此外，W9Mo3Cr4V（简称W9）是我国自行研制的牌号，其硬度、强度、热塑性略高于W6Mo5Cr4V2，具有较好的硬度和韧性。,2高性能高速钢 高性能高速钢有以下几种。 （1）高碳高速钢。含碳量提高到0.9%1.05%，其典型牌号为9W18Cr4V。 （2）高钒高速钢。含钒量提高到3%4%，其典型牌号为W6Mo5Cr4V3。

4、（3）钴高速钢。其典型牌号为W2Mo9CrVCo8。 （4）铝高速钢。其典型牌号为W6Mo5Cr4V2Al，,3粉末冶金高速钢 用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，然后锻压成材或刀具形状4高速钢的一般选用原则（1）切削一般材料时可用普通高速钢，其中以W18Cr4V用得最多。W6Mo5Cr4V2主要用作热轧刀具，W14Cr4VMnRE韧性最高，可作热轧刀具。（2）如工艺系统刚性好，切削难加工材料时，简单刀具可用高钒、高钴高速钢，复杂刀具可用钨钼系低钴高速钢。,（二）硬质合金 硬质合金是用粉末冶金的方法制成的一种刀具材料。它是由硬度和熔点很高的金属

5、碳化物（WC、TiC等）微粉和金属粘结剂（Co、Ni、Mo等）经高压成形，并在1500左右的高温下烧结而成的。 硬质合金的硬度高达8993HRA，相当于7176HRC，耐磨性很好，耐热性为8001000，切削速度可达100m/min以上，能切削淬火钢等硬材料。但其抗弯强度低，韧性差，怕冲击和振动，制造工艺性差。,根据ISO（国际标准化组织）规定，硬质合金按被加工材料分为三类：P类、K类和M类，相应识别颜色为蓝色、红色和黄色。1P类（相当于旧牌号YT类硬质合金） 它是由碳化钨、碳化钛和钴构成，颜色为蓝色，其硬度为89.592.5 HRA，耐热性为9001000，适宜加工钢、铸钢等。其代号有P01

6、、P10、P20、P30、P40、P50等，数字越大，耐磨性越低而韧性越高。精车宜选P01，半精车宜选P10、P20；粗车宜选P30。,2K类（相当于旧牌号YG类硬质合金） 它由碳化钨和钴构成，颜色为红色，其硬度为8991.5HRA，耐热性为800900，适宜加工铸铁、有色金属及其合金、塑料等，其代号有K01、K10、K20、K30、K40等，数字越大，耐磨性降低而韧性增大，精车宜选K01；半精车宜选K10、K20；粗车时可选用K30。,3M类（相当于旧牌号YW类硬质合金） 它是由碳化钨、碳化钛、碳化钽（碳化铌）和钴构成，颜色为黄色。其抗弯强度、疲劳强度、耐热性、高温硬度和抗氧化能力都有很大的

7、提高。这类硬质合金既可以加 工铸铁和有色金属，又可以加工钢料、铸钢、不锈钢、灰铸铁、有色金属等。其代号有M10、M20、M30、M40等，数字越大，耐磨性低而韧性大，精车宜选M10；半精车宜选M20；粗车时可用M30。,4硬质合金的一般选用原则 （1）加工钢等韧性材料时，应选择 P类（YT类）硬质合金。 （2）加工铸铁等脆性材料时，应选择K类（YG类）硬质合金。 （3）切削淬硬钢、不锈钢和耐热钢时，应选用K类（YG类）硬质合金。 （4）粗加工时，应选择含钴量较高的硬质合金；反之，精加工时，应选择含钴量低的硬质合金。,（三）、其他刀具材料,1陶瓷刀具陶瓷刀具是以氧化铝为主要成分在高温下烧结而形成

8、的，比硬质合金具有更高的硬度和耐热性，其硬度为9095 HRA，耐热性高达1200 1450，化学稳定性好，与金属的亲和能力小，与硬质合金相比可提高切削速度35倍。其最大的缺点是抗弯强度低，冲击韧性差。它主要用于对钢、铸铁、高硬度材料（如淬火钢）进行连续切削时的半精加工和精加工。,2金刚石刀具金刚石刀具分天然金刚石刀具和人造金刚石刀具两种，天然金刚石刀具由于价格昂贵而用得很少。人造金刚石是在高温、高压条件下由石墨转化而成的，硬度为10000HV。金刚石刀具能精密切削有色金属及合金、陶瓷等高硬度、高耐磨材料。它对铁的化学稳定性较差，不适合加工铁族材料，其热稳定性也较差，当温度达到800时，金刚石

9、刀具在空气中即发生碳化，产生急剧磨损，因此不宜用于切削铁及铁合金工件。,3立方氮化硼立方氮化硼（CBN）硬度为80009000HV，仅次于天然金刚石（10000HV），耐磨性很好，耐热性达1500，且与铁族材料亲和作用小。它主要用于对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁等进行半精加工和精加工。4涂层刀具涂层刀具就是在硬质合金或高速钢的基体上，涂覆一薄层高硬耐磨的难熔金属或非金属化合物，从而在刀具表面形成金黄色的涂层。,知识拓展刀具按工件加工表面的形式可分为以下五类。（1）加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀、锉刀等。（2）孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等。 （3）

10、螺纹加工刀具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀、螺纹铣刀等。（4）齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等。（5）切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀、锯片铣刀等。,按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为以下三类。（1）通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀（不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀）、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀、锯等。（2）成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具。（3）展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀、锥齿轮铣刀

11、盘等。,任务2 刀具的标注角度,相关知识,一、切削运动 1主运动 主运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生主要的相对运动。主运动的特点是速度最高，消耗功率最大。车削时，主运动是工件的回转运动，如图所示。,2进给运动进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对运动。主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；主运动通常只有一个，而进给运动的数目可以有一个或几个。 3合成切削运动当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动为合成运动，常用合成速度向量e来表示，,4零件表面的形成 （1）待加工表面。它是即将被切去金属层的表面。（2）过渡表面。它是切

12、削刃正在切削而形成的表面，它总是介于待加工表面和已加工表面之间，又称加工表面或切削表面。,二、刀具切削部分的组成 任何刀具都由切削部分和刀杆两部分组成。切削部分承担切削加工任务，刀杆用以装夹在机床刀架上。切削部分由一些面和切削刃组成。如常用的外圆车刀是由三个刀面、两条切削刃和一个刀尖组成的，简称“三面、两刃、一尖”，如图所示。,1刀面（l）前刀面。它是刀具上切屑流过的表面。（2）主后刀面。它是与工件上过渡表面相对的刀面。（3）副后刀面。它是与已加工表面相对的刀面。2切削刃（1）主切削刃。它是前刀面与主后刀面的交线，承担主要的切削工作。（2）副切削刃。它是前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工

13、作。3.刀尖。它是主、副切削刃的交点，实际上该点不可能磨得很尖，而是一段折线或微小圆弧。,三、刀具标注角度参考系,在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系，称为刀具标注角度参考系或静止参考系。,刀具标注角度参考系由以下三个平面组成。（1）基面Pr：通过切削刃上某选定点垂直于该点切削速度方向的平面，车刀的基面都平行于它的底面，如图1-3所示。（2）主切削平面Ps：通过切削刃某选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面，如图1-3所示。（3）正交平面Po：通过切削刃某选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面，如图1-3所示。 基面Pr、主切削平面Ps、正交平面Po三个平面在空间相互垂

14、直，组成一个正交的参考系。这是目前生产中最常用的刀具标注角度参考系。,四、刀具标注角度及作用 在刀具标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。车刀切削部分的几何角度，如图1-4所示。,1在基面内测量的角度（1）主偏角r。主刀刃在基面上的投影与走刀方向之间的夹角是主偏角。它的作用是改变主刀刃与刀头的受力和散热情况。减小主偏角，主刀刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，可使刀具寿命提高。但减小主偏角会使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。,（2）副偏角r。副刀刃在基面上的投影与背离走刀方向之间的夹角是副偏角。它的大小会影响副刀

15、刃与工件已加工表面之间的摩擦，影响工件的表面加工质量及车刀的强度。（3）刀尖角r。主刀刃与副刀刃在基面上投影之间的夹角是刀尖角。刀尖角的大小会影响刀具切削部分的强度和传热性能。它与主偏角和副偏角的关系如下：r=180(r+r),2在正交平面内测量的角度（1）前角o。前刀面与基面之间的夹角是前角。当前刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内，前角为负；基面在前刀面以外，前角为正。 前角的作用是使车刀刃口锋利，减少切削变形，切削时省力，并使切屑容易排出。但前角过大，会使刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，从而影响刀具寿命。,（2）后角o。后角在主正交平面中度量，它是主后刀面与切削平面间的夹角

16、。如在副正交平面中度量，它是副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角，即为副后角o。它们的主要作用是减少车刀后面与工件之间的摩擦，减少刀具磨损。但后角过大，会使刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。（3）楔角o。楔角是前刀面与后刀面间的夹角。楔角的大小将影响切削部分截面的大小，决定着切削部分的强度。它与前角o和后角o的关系如下：o=90(o+o),3在切削平面内测量的角度刃倾角s是主切削刃与基面间的夹角，如图所示。,刃倾角的主要作用是控制切屑的排出方向和影响刀头的强度。刀尖处于最高点时，刃倾角为正，切屑流向待加工表面；刀尖处于最低点时，刃倾角为负，切屑流向已加工表面；切削刃平行于

17、底面时，刃倾角为零，切屑垂直加工表面流出。粗加工时为增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零。,知识拓展,一、车刀角度的画法 以普通外圆车刀为例，刀具角度的标注步骤如下：（1）在基面上标出主偏角r、副偏角r和刀尖角r；（2）在主切削平面内标注出前角o、后角o和楔角o；（3）画出切削平面，标注出刃倾角s；（4）对于副切削刃角度，同样可在副切削刃剖面中标注出。,二、90偏刀的角度标注,任务3 刀具的工作角度,相关知识,一、刀具的工作角度 在前述定义刀具的标注角度时，曾作过如下假设：不考虑进给运动的影响，车刀刀尖和工件中心等高且车刀刀杆中心线垂直于工件轴线安装。然而

18、刀具在实际工作中，不可能完全符合上述条件，从而使刀具角度的参考系发生了变化，形成了区别于刀具标注角度的刀具工作角度。其符号的表示方法为：在相应标注角度右下标后再加英文字母“e”如oe、oe。,二、进给运动对刀具工作角度的影响 进给运动对刀具工作角度的影响主要有以下两种。1横向进给运动对工作角度的影响在一般的进给量下，当切削刃离工件中心1mm时，140；而当切削刃进一步接近工件中心时，值急剧增大，这时的工作后角oe变为负值。使刀具后面和过渡表面间产生剧烈摩擦，甚至出现抗刀现象而使切削无法进行。,2纵向进给运动对工作角度的影响 进给量f越大，工件直径w越小，则工作角度值的变化就越大。一般车削时，由

19、进给运动所引起的f值不超过301，故其影响常可忽略。但是在车削大螺距螺纹或蜗杆时，进给量f很大，故f值较大，此时就必须考虑它对刀具工作角度的影响。,三、刀具安装对工作角度的影响1刀尖安装高低对工作角度的影响（1）车刀刀尖高于工件中心线，如图所示。刀具的工作前角oe增大，而工作后角oe减小，其变化值均为。,（2）车刀刀尖低于工件中心线，如图所示车刀装低时，则工作角度的变化情况正好与前者相反。,2刀杆安装偏斜对工作角度的影响（1）刀杆向右偏斜，如图所示。当刀杆中心线与进给运动方向不垂直，刀杆向右偏斜时，此时刀杆垂线与进给方向产生角的偏转，将引起工作主偏角re与副偏角re的变化.,（2）刀杆向左偏斜

20、，如图所示。刀杆向左偏斜，则工作角度的变化情况正好与前者相反。,知识拓展,实际生产中一般允许车刀刀尖高于或低于工件中心0.01d（d为工件直径）。在镗孔时，为了使切削顺利，避免车刀因刚度差产生扎刀而把孔车大，对整体单刃车刀，允许刀尖高于工件中心0.01D（D为孔径）。对刀杆上安装小刀头的车刀，由于结构的需要，一般取h=0.05D。在切断材料或车端面时，刀尖应严格安装到工件的中心位置，否则容易造成打刀现象。,任务4 认识常用刀具,相关知识,一、车刀（一）常用车刀1按用途分类车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀、螺纹车刀，如上图所示。,2按结构分类车刀按结构可分为焊接式车刀、整体式车刀

21、、机夹车刀、可转位车刀、成形车刀等。 （1）焊接式车刀。,（2）整体车刀。3）机夹可转位车刀。,（4）成形车刀,（二）车刀几何角度的选择原则1前角的选择 常用值o=535。前角较大时，刀具较锋利，切削能力强，切削过程轻快，阻力小，零件表面质量也较高。但是，前角增大，刀具强度降低，实体尺寸减小，容易磨损，而且在较大切削力作用下容易崩刃。具体选择如下。 车削脆性材料或硬度较高的材料，选较小的前角；否则，选较大的前角。 粗加工时应选较小的前角；精加工时应选较大的前角。 车刀材料的强度、韧性较差，前角取小值，如高速钢选较大前角，硬质合金选较小前角。 在重切削和有冲击的工作条件时，前角只能取较小值，有时

22、甚至取负值。,2后角的选择 常用值o =512。 与前角类似，后角越大，刀具后刀面与工件加工表面间的摩擦越小，切削刃锋利，切削阻力小，但是此时刀具强度低、磨损快；后角越小，切削刃强度越高，散热好，但摩擦加剧。具体选择如下。 车削脆性材料或硬度较高的材料，选较小的后角；否则，选较大的后角。 粗加工时应选较小的后角；精加工时选较大的后角。 车刀材料的强度、韧性较差，后角取小值。,3主偏角的选择常用值45、75、90。主偏角主要影响切削层截面的形状和几何参数，影响切削分力的变化，并和副偏角一起影响已加工表面粗糙度。具体选择如下。 工件刚性差，应选较大的主偏角。 加工阶台轴类的工件，取r90。 车削硬

23、度较高的工件，选较小的主偏角。,4副偏角的选择副偏角的作用是减小副切削刃和副后刀面与已加工表面摩擦。具体选择如下。 一般取r=68。 精车时副偏角选稍小些。,5刃倾角的选择刃倾角主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。具体选择如下。 车削一般钢料和铸铁时，无冲击的粗车刃倾角s=50。 在精车加工时取s=05。 有冲击负荷时，取s=155；当冲击载荷特别大时s=4530。 切削高强度钢、冷硬钢时为提高刀头强度，可取s=3010。,二、铣刀（一）常用铣刀 铣刀的种类很多，按安装方法可分为带孔铣刀和带柄铣刀两大类。带孔铣刀如下图,带柄铣刀，见下图,铣刀不但能完成简单平面的加工，而且还能完成不同方位平面的

24、加工，或由多个简单平面构成的表面的加工，如下图所示。,（二）铣刀的选用1铣刀直径的选择 （1）平面铣刀 平面铣刀直径可按D1.5d（d为主轴直径）选取。 （2）立铣刀 立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内 （3）槽铣刀。槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择 。,2铣刀的齿数（齿距）选择 为满足不同用户的需要，同一直径的铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型。（1）粗齿铣刀。它适用于普通机床的大余量粗加工和软材料或切削宽度较大的铣削加工；当机床功率较小时，为使切削稳定，也常选用粗齿铣刀（2）中齿铣刀。它是通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除

25、率和切削稳定性。（3）密齿铣刀。它主要用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。在专业化生产中，为充分利用设备功率和满足生产节奏要求，也常选用密齿铣刀。,三、麻花钻1麻花钻的结构 麻花钻属于粗加工刀具，可达到的尺寸公差等级为IT13IT11，表面粗糙度Ra值为2512.5m。麻花钻呈细长状，麻花钻的工作部分包括切削部分和导向部分。其切削部分有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。横刃处有很大的负前角，主切削刃上各点前角、后角是变化的，钻心处前角接近0，甚至负值，对切削加工十分不利 。,（1）工作部分。工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分承担切削工作，导向部分的作用在于切削部分切入孔后

26、起导向作用，也是切削部分的备磨部分。,（2）柄部。柄部是钻头的夹持部分，用以与机床尾座孔配合并传递扭矩。柄部有直柄（小直径钻头）和锥柄之分。锥柄部末端还做有扁尾。（3）颈部。颈部位于工作部分与柄部之间，可供退刀时使用，也是打标记之处。为了制造上的方便，直柄钻头无颈部。,2麻花钻切削部分的组成切削部分由两个前刀面、两个后刀面、两个副后刀面、两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃组成，如图（c）所示。,（1）前刀面。前刀面即螺旋沟表面，是切屑流经表面，起容屑、排屑作用，需抛光以使排屑流畅。（2）主后刀面。主后刀面与加工表面相对，位于钻头前端，形状由刃磨方法决定，可为螺旋面、圆锥面或平面、手工刃磨的任

27、意曲面。（3）副后刀面。副后刀面是与已加工表面（孔壁）相对的钻头外圆柱面上的窄棱面。（4）主切削刃。主切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与后刀面的交线，标准麻花钻主切削刃为直线（或近似直线）。（5）副切削刃。副切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与副后刀面（窄棱面）的交线，即棱边。（6）横刃。横刃是两个（主）后刀面的交线，位于钻头的最前端，也称钻尖。,3麻花钻切削部分的几何角度（1）螺旋角。螺旋角是钻头最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线的夹角，如下图所示,（2）锋角（顶角）2。锋角是两主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角。标准麻花钻的锋角2=118，此时两条主切削刃呈直线；若磨出的锋角2118，则主切削刃呈凹形；若2118，则主切削刃呈凸形。 （3）前角om。前角是在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角 （4）后角fm。后角是在假定工作平面内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角 （5）主偏角rm。主偏角是主切削刃选定点m的切线在基面投影与进给方向的夹角 （6）横刃斜角。横刃斜角是主切削刃与横刃在垂直于钻头轴线的平面上投影的夹角。,知识拓展铰刀铰刀用于孔的半精加工和精加工。由于加工余量小，刀齿数目多（=612），并且有较长的修光刃，切削比较平稳，因此加工精度和表面质量都很高,按使用方法的不同，铰刀分为手用铰刀和机用铰刀。铰刀的结构形状如图所示。,