2005-4-221金屬切削原理與刀具《金屬切削原理與刀具》

第一章刀具材料2005-4-223內容安排2005-4-224一、概述

刀具材料是指刀具上參與切削部分的材料。刀具的切削部分不但要求具有一定的幾何形狀，還要求有相應的刀具材料。目前廣泛應用的刀具材料有高速鋼和硬質合金。2005-4-225（一）高的硬度和良好的耐磨性（二）高的強度和韌性（三）高的耐熱性（四）良好的工藝性 總之，刀具應具備的性能主要就這四個方面，當然還有經濟性、切削性能的可預測性等要求。

二、刀具材料應具備的性能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：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金及陶瓷等。一）碳素工具鋼

碳素工具鋼是一種含C量較高的優質鋼（含C一般為0.65～1.35%）。

1、常用牌號有T7A、T8A……T13A等

2、主要性能淬火后硬度較高，可達HRC61～65；紅硬性為200℃～250℃，價格低廉，不耐高溫，切削速度因此而不能提高，允許切削速度VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、鋸條、銼等。

2005-4-2272005-4-228二）合金工具鋼

在碳素工具鋼中加入一定量的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時還可以減少熱處理時的變形。

1、主要牌號有9SiCrCrWMn2、主要性能淬火后的硬度可達HRC61～65，紅硬性為300℃～400℃，允許切削速度Vc=10～15m/min,制作低速、形狀比較復雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用鉸刀（孔的精加工）等。三、常用刀具材料2005-4-229

三）高速鋼高速鋼是一種高合金工具鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。

(一)高速鋼的性能

三、常用刀具材料2005-4-2210

（二）高速鋼的分類三、常用刀具材料2005-4-2211

四）硬質合金

硬質合金=硬質相（TiC或WC）+

粘結相（Co、Ni、Mo等，其中Co比較常用）（一）主要性能三、常用刀具材料2005-4-2212

（二）分類1、鎢鈷鈦類硬質合金YG：

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

主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因為在640℃時發生嚴重粘結，使刀具磨損，耐用度下降。三、常用刀具材料2005-4-2213

2、鎢鈷鈦類硬質合金（YT）：硬質相（WC+TiC）+粘結相（Co）①常用牌號：YT5、YT14、YT15、YT30（數字表示TiC的百分含量）②應用：

主要用于加工鋼材及有色金屬，一般不用與加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti與Ti的親合力較大，使刀具磨損較快。三、常用刀具材料2005-4-22143、添加稀有金屬硬質合金鎢鉭（鈮）鈷類硬質合金（YA）和鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質合金（YW），是在鎢鈷鈦類硬質合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗彎強度、疲勞強度和沖擊韌性，提高和金的高溫硬度和高溫強度，提高抗氧化能力和耐磨性。這類合金可以用于加工鑄鐵及有色金屬，也可用于加工鋼材，因此常成為通用硬質合金，他們主要用于加工難加工材料。4、碳化鈦基硬質合金（YN）這種合金有很高的耐磨性，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學穩定性好，與工件材料的親合力小，抗粘結能力較強。主要用于鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工和粗加工。三、常用刀具材料2005-4-2215

（三）涂層硬質合金的選用涂層硬質合金是采用韌性較好的基體（如硬質合金刀片或高速鋼等），通過化學氣相沉積和真空濺射等方法，對硬質合金表面涂層厚度為5～12μm的涂層材料以提高刀具的抗磨損能力。涂層材料為TiC、TiN、Al2O3等。適合于各種鋼材、鑄鐵的半精加工和精加工，也適合于負荷較小的精加工。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鋁（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經壓制成型后燒結而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化學性能穩定，耐氧化，所以被廣泛用于高速切削加工中。陶瓷刀具和傳統硬質合金刀具相比，具有以下優點：四、其他刀具材料2005-4-2217（二）立方氮化硼

它是一種人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高溫、其硬度很高，可達8000～9000HV,僅次于金剛石，并具有很好的熱穩定性，可承受1000℃以上的切削溫度，它的最大的優點是在高溫1200℃～1300℃時也不會與鐵族金屬起反應。因此既能勝任淬火鋼、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質合金及其他難加工材料的高速切削。2005-4-2218（三）金剛石

分為人造和天然兩種，是目前已知最硬的，硬度約為HV10000,故其耐磨性好，不足之處是抗彎強度和韌性差，對鐵的親和作用大，故金剛石刀具不能加工黑色金屬，在800℃時，金剛石中的碳與鐵族金屬發生擴散反應，刀具急劇磨損。金剛石價格昂貴，刃磨困難，應用較少。主要用作磨具及磨料，有時用于修整砂輪。2005-4-2219金剛石砂輪2005-4-2220激光金剛石切割片第二章

刀具幾何參數與

切削用量的合理選擇§2-1刀具幾何參數的合理選擇§2-2切削用量的合理選擇2005-4-2222

合理選擇刀具幾何參數一、刀具合理幾何參數的基本內容二、前角、后角和主、副偏角的功用及其選擇2005-4-2223一、刀具合理幾何參數的基本內容

1.刃形：刃形即是切削刃的形狀。從簡單的直線刃發展到折線刃、圓弧刃、月牙弧刃、波形刃、階梯刃及其他適宜的空間曲線刃切斷刀的刃形2005-4-2224外圓車刀的刃形2005-4-2225外圓車刀的刃形2005-4-2226一、刀具合理幾何參數的基本內容2、切削刃刃區的剖面型式3、刀面型式及參數2005-4-2227后刀面2005-4-2228

后刀面2005-4-2229負倒棱2005-4-2230前刀面2005-4-2231前刀面2005-4-2232刃形的區別負倒棱消振棱刃帶2005-4-22334、刀具角度A、前角的功用及合理前角值的選擇

1）前角的主要功用(1)影響切削區域的變形程度(2)影響切削刃與刀頭的強度、受力性質和散熱條件(3)影響切屑形態和斷屑效果(4)影響已加工表面質量2005-4-2234A、前角的功用及合理前角值的選擇2）合理前角的概念

在一定的條件下，前角有一個合理的數值。

2005-4-2235A、前角的功用及合理前角值的選擇3）合理前角的選擇原則：主要考慮以下因素①工件材料的強度、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刀具材料的抗彎強度是否高⑤工藝系統剛性是否好和機床功率是否夠⑥是否是數控機床和自動機、自動線用刀具

2005-4-2236B、后角的功用及合理前角值的選擇

后角數值合理與否直接影響已加工表面的質量、刀具使用壽命和生產率。1.后角的功用

①影響后刀面與加工表面之間的摩擦

②影響加工工件的精度③影響刀具耐用度和刃口的強度2005-4-22372.后角的選擇

2005-4-2238C、主、副偏角的功用及其選擇1.主偏角的功用

①影響已加工表面殘留面積的高度

②影響各切削分力的比例③影響刀尖的強度和刀具耐用度④影響斷屑2005-4-22392.主、副偏角的選擇主偏角主要根據加工條件和工藝系統剛性來選擇副偏角主要考慮表面粗糙度、刀尖強度和散熱面積來選擇。2005-4-2240D、刃傾角的功用及其選擇

1.刃傾角的功用①影響已加工表面質量

②影響各切削分力的比例③影響刀尖的強度④影響切入切出的平穩性2005-4-2241刃傾角控制切屑流向，影響加工質量刃傾角小于0°時2005-4-2242刃傾角大于0°時2005-4-2243刃傾角等于0°時2005-4-22442.刃傾角的選擇根據加工性質和加工條件選擇

1）粗加工λS<0（保護刀尖）精加工λS>0（使FP小些）

2）斷續切削：λS<0（保護刀尖）

3）工件σb、HB大：λS<0（保護刀尖）

4）系統剛性差：λS>0（使FP小些）

5）微量切削：λS取大值(使刀具實際刃口半徑↓）切削用量的合理選擇刀具耐用度的確定切削用量的選擇原則切削用量的選擇方法2005-4-2246刀具耐用度的確定（一）最大生產率耐用度完成一個工序所需要的工時tw為求一階導數，得最大生產率耐用度（二）最低成本耐用度（經濟耐用度）每個工件的工序成本為

刀具經濟使用壽命2005-4-2247切削用量的選擇原則粗加工時，為充分發揮機床和刀具的性能，以提高金屬切除量為主要目的，應選擇較大的切削深度、較大的進給量和適當的切削速度。精加工時，應主要考慮保證加工質量，并盡可能的提高加工效率，應采用較小的進給量和較高的切削速度。在切削加工性差的材料時，由于這些材料硬度高、強度高、導熱系數低，必須首先考慮選擇合理的切削速度。2005-4-2248切削用量的選擇方法在一般情況下，首先根據加工余量選擇切削深度ap，其次根據工件材料的硬化深度和切屑斷連的已加工表面粗糙度情況選擇進給量f，最后盡量選擇較高的（高速鋼刀具選擇較低的）切削速度Vc，以切削速度來控制切削溫度，消除切屑瘤，保證工件表面粗糙度。

2005-4-2249

刀具幾何參數和切削用量表工件材料刀具材料刀具幾何參數切削用量低碳鋼易切鋼中碳鋼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)2005-4-2250參數選擇說明A、粗車時，選用低的切削速度，大的切削深度和進給量。B、精車時，選用高的切削速度，小的切削深度和進給量。C、高速鋼刀具精車時采用Vc小于10m/min的切削速度以控制積屑瘤產生，降低鋼件粗糙度。D、對鑄鋼件，粗車應選比較低的切削速度。E、斷續切削時，刀具前角適當減小。F、刀具材料抗彎強度低，γ0應減小到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