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1、刀具培训GW-April 2008,金属切削刀具基础知识,金属切削刀具基础知识,车削基础知识,车削是一种工件旋转，刀具纵向或横向进给切削的加工方式。,基本刀具类型,Ft-切向力Ff-进给力Fr-轴向力R-合成力,车削中的切削力,前角,后角,车削主要角度,正角刀与负角刀,刀片本身无后角,主偏角的作用,余偏角增大,.100,.100,.010,.007,吃刀抗力增加变形增大,减小切屑厚度提高进给能力,抑止振动输入减小切深减少断续加工时遇到的困难,余偏角的选择原则,机床的刚性装夹刚性工件外形转塔的刀位经济性 一把刀具用于多次加工,仿形加工,工件外形要求,副偏角 最小为-5,副偏角,5,车削的定义，车
2、削切削三要素,车削加工就是工件旋转做主运动，刀具做轴向和径向进给运动。线性切削速度Vc,切深ap和每转走刀量f是车削三要素。Vc:m/min 米/分钟ap:mm 毫米 fr(fn):mm/r 毫米/转,工件直径120mm,主轴转速350转/分钟，则切削速度为Vc=120 x3.14x350/1000=132m/min,车削三要素与刀具寿命,影响车刀片寿命的原因有切削热，摩擦和切削抗力，这三者随着切削速度的增加而加剧最为强烈。,车削三要素与刀具寿命,切削速度增加20%刀片磨损增加50%；走刀量增加20%刀片磨损增加20%；切深增加50%刀片磨损增加20%。,焊接车刀和机夹车刀,焊接车刀的优点在于
3、单刀价格便宜，多次重磨，容易获得锋利刃口，缺点在于速度低（70米以下），寿命短，刃口安全性差。,机夹刀片车刀的优点在于操作简单，换刀对刀容易，刀片涂层，切削速度高寿命长，刀片生产效率高，刃口安全，刀片磨损一致性强，适合数控机床和生产线的自动化生产，虽然单刀的价格贵，但是在大批量零件或者难加工材料零件的加工中的零件的加工成本最低。,刀片材料和切削线速度,车镗刀的后角,刀尖圆弧半径与走刀量,H,H,波峰,波峰,波谷,波谷,S,S,r,r,H=S2/8r,进给率/刀尖半径与表面光洁度的关系,最大和最小切深,最小切深为1/3刀尖圆弧半径,车削功率和扭矩计算,V=Vc xap xfr,P=,Vc xap
4、 xfr xkc,60037.2,举例：车削奥氏体不锈钢外圆，工件硬度HB200,工件直径75mm,切深3mm,走刀量0.2mm/r,切削速度230m/min,材料单位切削力为2900N/mm2,加工长度为100mmRPM=(230X1000)/(3.14X75)=976转每分钟金属去除率V=230 x2x0.2=92 立方厘米每分钟每加工一个零件的时间=100/(0.2x976)=0.51分钟车削功率P=(230 x3x0.2x2900)/60037.2=6.7千瓦车削力=2900 x0.2 x3=1740牛顿=177.5公斤车削扭矩T=1740 x37.5=65牛顿米,内孔车刀的夹持长径比
5、与振动,普通钢刀杆表面处理HRC42左右，刀杆夹持的最小长度为2倍刀杆直径，最佳长度为3-4倍刀杆直径；普通钢刀杆作内孔镗削刀杆最大悬伸为4倍杆径，做内螺纹车削为3倍杆径，做内槽与仿形加工为2倍杆径，超出会有振动发生；刀杆悬伸在4倍到7倍杆径时，可以使用重金属刀杆或者整体硬质合金刀杆，但是最稳妥的方法是使用阻尼谐振避振杆；肯纳钢制阻尼避振杆可以提供最大12倍杆径的悬深，超过20毫米直径的硬质合金加强型避振杆可以提供15倍杆径的悬伸；推荐整体硬质合金和阻尼避振杆采用如左图的夹持方式,C型夹紧,这种夹紧方法是用一个压板压在没有孔的刀片上。它的局限性是仅仅依靠压紧时产生的摩擦力固定刀片。这种C型夹紧
6、的方式一般只用于正前角刀片，在中小负荷的切削情况下切削。,带孔的负前角的刀片采用这种夹紧设计。用偏心销将刀片强制压靠在侧定位凹面上以防止刀片与侧定位间产生间隙。顶部的压紧在刀尖承受切削力时防止刀片翘起。这种设计所用的零件比较多。此系统适用于中载和重载切削。,M型夹紧,刀片的夹紧方式,该系统采用一个简易扳手或沉头螺钉将刀片固定在刀体上。使用这种系统的刀片有沉孔。在温度较高时，刀片会因为螺钉卡死而转位困难。主要用于中低载荷的切削。,刀片的夹紧方式,S型夹紧,这种夹紧是车削刀具的ISO标准，因此在欧洲和亚洲十分普遍。该设计针对带孔的负前角刀片，用直角杠销将刀片强制压紧在刀片侧定位凹面上。直角杠销的端
7、部被螺栓压住。这种设计适用于中载或重载车削。但无法防止刀片在切削过程中翘起。,P型夹紧,KMT FIX-PERFECT 夹紧方式,特 点：刀片安装可靠 提高刀片寿命和刃口强度 排屑通畅,无夹紧元 件干涉,ISO/ANSI 车削刀片规格介绍:,公制:CNMG12 04 08 MN KC9315 1 2 3 4 5 6 7 8 9,1.刀片的几何形状2.刀片的切削后角3.刀片的公差等级4.刀片的结构类型5.刀片的刃口长度6.刀片的厚度7.刀片的圆角8.刀片的断屑槽形9.刀片的材质,刀片的几何形状,C 型：刀尖角 80o 菱 型D 型：刀尖角 55o E 型：刀尖角 75oM 型：刀尖角 86oV
8、型：刀尖角 35o,W 型：刀尖角 80o 凸三角,L 型：刀尖角 90o 长方型,A 型：刀尖角 85o 平 行B 型：刀尖角 82o 四边型K 型：刀尖角 55o,CNMG12 04 08 MN KC9315,S 型：刀尖角 90o 正方型,T 型：刀尖角 60o 三角型,C 型：刀尖角 80o 菱 型,D 型：刀尖角 55o 菱 型,R 型：刀尖角 360o 圆 型,V 型：刀尖角 35o 菱 型,W 型：刀尖角 80o 凸三角型,CNMG12 04 08 MN KC9315,常用的刀片几何形状,刀片形状与强度的关系,强度较好,A 型：刀片后角 3o B 型：刀片后角 5o C 型：刀片
9、后角 7o D 型：刀片后角 15o E 型：刀片后角 20o F 型：刀片后角 25o G 型：刀片后角 30o N 型：刀片后角 0o P 型：刀片后角 11o,CNMG12 04 08 MN KC9315,刀片的切削后角,CNMG12 04 08 MN KC9315,刀片的公差等级,刀片的公差等级,CNMG12 04 08 MN KC9315,刀片的结构类型,CNMG12 04 08 MN KC9315,无孔,直孔,单沉孔40o-60o,单沉孔70o-90o,双沉孔40o-60o,双沉孔70o-90o,特殊,刀片的刃长,CNMG12 04 08 MN KC9315,12=12.7 mm,
10、4/8 x 25.4=12.7 mm,CNMG4 32 MN KC9315,ISO,ANSI,内接圆,内接圆,刀片的厚度,CNMG1204 08 MN KC9315,CNMG432 MN KC9315,04=4.76 mm,3/16 x 25.4=4.76 mm,ISO,ANSI,刀片的圆角,半径 r=0.8 mm,半径 r=2/32 x 15.4=0.8 mm,ISO,ANSI,CNMG1204 08 MN KC9315,CNMG432 MN KC9315,切削刃口处理和断屑特点,F 锋利FF 精细车FN 精车MN 中等负前角RN 粗车负前角UN 通用负前角FP 精车正前角MP 半精车负前角
11、RP 粗车负前角RM 粗车中等RH 粗车重型FW精车MW 半精车修光刃口,FS 精车锋利MS 半精车锋利RW 粗车修光刃口HP 高正前角-11精细精车K 轻快进给切屑控制UF 超精车LF 轻快精车MF 中等精车E倒钝刃口T 负倒棱S 负倒棱加倒钝MP-K 中等正前角MG-P 中等正前角,CNMG1204 08 MN KC9315,CNMG1204 08 MN KC9315,KC 9 3 15 1 2 3 4 5,K=肯纳,材质C=涂层硬质合金T=金属陶瓷B=PCBND=PCDY=KYON,刃口设计,刀片 识别,应用图标,粗加工,从 ISO 工程图 面光洁度标记,半精加工,精加工,超精加工,修光
12、刃是如何工作的,修光刃刀片,标准刀片,修光刃是如何工作的,修光刃是如何工作的,workpiece,true radius,tolerance bands,D style inserts,內圆刀柄,A25R-MCLNR12,公制:,英制:,A20-MCLNR12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,外圆刀柄,英制:,MCLNR164D,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,刀柄的规格介绍,MCLNR25 25 M12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,1.刀片的固定方式 2.被固定刀片的形状 3.刀柄的导引角度 4.被固定刀片的后角 5.左右手 6.刀柄的高度 7.刀
13、柄的厚度 8.刀柄的长度 9.刀片的刃口长度,公制外圆刀柄,上压式,复合式,固定销式,锥块固定式,锥度固定式,螺丝固定式,上压式,复合式,MCLNR25 25 M12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,刀片的固定方式,MCLNR25 25 M12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,被固定刀片的形状,MCLNR25 25 M12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,刀柄的主偏角,MCLNR25 25 M12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,被固定刀片的后角,MCLNR25 25 M12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,左右手,刀柄的高度/宽度/长度,CNMG120408 MG KC9
14、010,刀片的刃口长度(公制),A25R-MCLNR12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,1.刀柄的制造材料 2.刀柄的直径(mm)3.刀柄的长 度(mm)4.刀片的固定方式 5.被固定刀片的形状 6.刀柄的导引角度 7.被固定刀片的后角 8.左右手 9.刀片的刃口长度(mm),內圆刀柄公制,A.钢料帶內冷却孔刀柄B.整体式钢料的减振刀柄C.整体硬质合金的減振刀柄D.组合式钢料的减振刀柄E.帶內冷却孔整体硬质合金的减振刀柄S.一般钢料內孔刀柄H.一般钢料组合式內孔刀头,A25R-MCLNR12,1 2 3 4 5 6 7 8 9,刀柄的类型,A25R-MCLNR12,1 2 3 4 5 6
15、 7 8 9,刀柄的直径,镗削/车削区别何在?,C/L,车削=悬伸量小车削后角-与直径无关镗削=悬伸量大 镗削后角-变化量,随前角和工件直径变化,镗杆,长度直径比结构前角 和 后角中心高度余偏角/切削力切屑间隙,长度直径比,长度,直径,最小长度,镗杆悬伸量75mm时的刚度是悬伸量100mm时的刚度的两倍,25mm 直径.标准刚度,31.25mm 直径刚度增加2 倍,37.5mm 直径刚度增加5倍,50mm 直径刚度增加16倍,镗杆结构,钢4/1重金属 4/1 to 6/1钢/减震器6/1硬质合金6/1碳钢/减震器8/1标准可调镗杆6/1 to 10/1特殊碳钢/减震器超过 10/1特殊可调镗杆
16、 10/1 to.,结构,长径比,负径向前角负轴向前角,K,o,负径向前角正轴向前角,K,o,负镗削后角,正镗削后角,余偏角,切削力方向,流屑间隙 及 精加工,扭转力,扭转力方向,“F”值,“F”值越大,转矩越大,流屑间隙,经验法则:流屑间隙应该是切深(切屑宽度)的两倍,例:切深是 3.125mm2 x 3.125mm=6.25mm 切屑间隙,断屑理论,工件材质 切削性能 切削条件 速度，切屑的厚度&宽度 刀具几何形状 前角，后角，刃口修整，断屑器，刀尖圆弧角,简单地讲，断屑器就是迫使延展性材质在该点弯曲折断的机械方法。切屑控制受以下因素影响：,断屑的基本方式,断屑理论,断屑与切削深度和进给量
17、的关系,提高切削速度可以降低韧性切屑的强度。另外，使用大主偏角刀具可使切屑变薄，从而降低了切屑强度，请看下图:,断屑槽的发展情况,对铁屑的控制经历了从简单到复杂/从复杂到简单的过程。,断屑理论,由于CNC车削设备的广泛应用，为了保证生产效率，对断屑控制的可靠性要求愈来愈高。在加工那些高延展性材质的工件时，如果断屑状况不好，那么连续的切屑就会缠绕在工件和刀具上。这就会使刀具卷刃和更换次数过多而导致加工失败，最终因为浪费了宝贵的生产时间而降低机床生产能力。,从上图可以看出今天的断屑设计与以前简易的直槽断屑大不相同。凹脊，波纹，正弦曲线被热压进可转位刀片，为车削提供了不同类型的断屑控制选择。,断屑槽
18、,铁屑种类,不规则屑或带状屑当切深固定而进给过小或把某一断屑设计运用在切深过小的加工中时，容易出现这种情况，这是由于切屑较软不能卷曲、断屑。,扁平螺旋屑当切深极浅，非常靠近刀尖圆弧角时会造成这种断屑结果，这时切屑。改进方法是：使用较小的刀尖圆弧角，增加切深，增加进给或换一种断屑设计。,螺旋状直长屑当进给和切深给定时，如果断屑槽过宽就会造成这种断屑。改进方法是：提高进给，或改用适合小进给的较窄的断屑槽形式。,碎屑这种断屑状态是由于断屑器进给过大造成的。,记住，我们的目标是把切屑断成容易控制的尺寸且无需增加过大的断屑力，因为这可能会影响刀具寿命。下图是几种比较理想的断屑控制：,断屑的关键是能否控制
19、出屑，既能不受限制地自由出屑，又可以断屑。但是弯曲折断切屑的力会消耗机床马力，因此我们的目标是用最小的马力达到理想的切屑控制。,如何选择刀具,选择刀片夹持系统刀柄的尺寸和形式刀片的外形选择刀尖圆弧角的大小刀片断屑槽的形式刀片材料切削数据,合理使用刀具的关键因素,刀具维护悬臂中心线刀具装夹方法使用提示,良好的维护,检查刀片座,检查压板,检查紧固顶针/螺钉,p.77,悬臂,抑止刀具压力,采用正前角 减小余偏角尽量减小刀尖半径降低切深降低进给速度,中心线,小孔镗削中的变形,旋转方向,孔,中心线,旋转方向,孔,原始位置,变形位置,原始位置,变形位置,断续加工,提高切削速度增大余偏角增加刀尖半径降低进给
20、速度使用厚刀片高强度的几何形状(圆形,方形 等)刃磨(研磨或者T形倒棱),塑性材料,锋利的切削刃 正前角或大正前角光滑前刀面大切削速度金属陶瓷或者PVD涂层(钢)PCD或金刚石镀膜(铝)高压冷却(切屑控制,刀具寿命)引导切屑及时从工件上流走(流屑控制),加工硬化材料,镍，铬或钼含量高的钢不锈钢镍基合金 大多数工具钢装甲板钛合金,精加工选用锋利的切削刃 正前角(对于连续加工)保持切削过程中连续走刀中等切削速度/较高进给速度 精加工采用陶瓷或者PVD涂层刀具增大余偏角 维持进给率不小于.08mm IPR转位前检查刀片上是否有熔焊点,加工硬化材料使用指南,优良的刀具+恰当的应用=生产率,刀片磨损形式
21、,1.对刀具磨损的有效监控可以大幅度减少加工废品，降低工件加工成本2.及时发现刀片的磨损原因，可以延长刀具寿命，从而降低刀具费用。3.操作者应该熟悉刀片磨损的形式，车间备有8倍放大镜，有条件的应该备有20倍光学显微镜连接数玛成像设备，便于和肯纳技术部进行联系。4.刀具磨损主要原因是热，摩擦和作用在刃口上的波动切削力5.百分之80至90切削热量在切屑上，所以即使是干切削时工件表面也不应该烫手6.刀片磨损也有实验室测量标准，但是判断刀片磨损主要是听噪音，观察切屑颜色，冷却液的油烟，工件表面质量，粘刀和毛刺，机床功率表的变化，等等。,Flank wear 后刀面磨损Abrasive wear due
22、 to carbides,speed,hard skin,后刀面磨损是最常见的刀片磨损，即使不发生其他刀片损坏，刀片将最终以这种方式磨损，根据精粗加工不同，刀片尺寸不同，VB的极限宽度从0.1 毫米到0.5毫米不等。后刀面磨损过快才是问题冷却水不会改善这种磨损，因为磨损的原因是摩擦。换一种更硬的刀片材质试一试。降低切削速度是首先应该做的。小直径内孔镗削刀尖低于工件中心高，小直径外圆车削刀尖高于工件中心高也会产生这种磨损,Crater wear前刀面的月牙洼磨损 Diffusion between insert and work piece material,月牙洼磨损是不容易在现场中发现的，当
23、月牙洼的深度一定时，刀尖将崩掉，断面不会大于一颗绿豆，而且断面周围有灼烧或粘刀的痕迹。粘刀是主要原因时，解决粘刀也就是积屑瘤问题，可以防止反复的粘刀带走刀片表面的涂层。走刀量过大时，切屑又短又厚，过厚的切屑会大力冲击前刀面，这时应该减少走刀量。当刀片的断屑槽是为车削碳钢的而用于车削不锈钢和耐热合金时会发生这种磨损。用于精车的刀片断屑槽用于粗车时，有可能发生这种磨损。,Built-up edge 积屑瘤 Work piece material welded to the cutting edge,车削粘刀的主要原因是切削速度所产生的切削区域温度正好形成积屑瘤，所以应该提高切削速度并加油性乳化液是
24、车镗刀具采用的办法。铣削粘刀和挤屑的原因切屑过薄，所以应该提高每齿走刀量，使切屑的平均厚度不小于0.05至0.1mm,而且要有高压空气或高压冷却水冲刷切削区域。车削螺纹和车槽时产生积屑瘤与铣削类似。积屑瘤在任何情况下对刀具都没有好处。,Notch wear沟槽磨损 Oxidation at the depth of cut,主偏角Kr对于沟槽磨损的影响,SNMG45Kr,SNMG75Kr,CNMG95Kr,RCMX-E45Kr,材料 Inconel 718(46HRC)-刀片 GC1005-ap2.0mm,fn0.25mm/rev,Vc50m/min-5 time in cut,notch,R
25、adial forces,+,+,-,-,沟槽磨损首先是刀片材料太软，换一个耐磨的刀片材料。若是加工会产生表皮加工硬化的材料，应该尽量选择小主偏角的车刀，圆刀片最好。车削铸铁时，采用圆弧倒角切入工件，数控编程时，粗车余量的去除采用非等切深分配每一次走刀，或者斜向走刀。,Plastic deformation 塑性变形 Substantial heat and pressure,刀尖的塑性变形在加工现场难于发现，但是塑塌的刀尖会被切断，呈类似后刀面磨损状，但是后刀面磨损不是一条VB带，而是倒三角滴水痕。刀片的红硬性差。应降低切削速度，冷却液可能不充分。应该降低切深和走刀量。,Chipping刃口
26、的破损 Application too demanding for the chosen insert,轻微的刃口破损只有指甲才能触摸到。车削与镗削刀片的破损可能是切削速度太低。因为振动引起的刃口破损应该解决振动本身的问题，但是振动是一个复杂的问题，请联系肯那的技术服务人员。,谢谢！,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
