刀具实验报告

1 / 14 刀具实验报告 刀具的材料 常用的有工具钢包括：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因耐热性很差，只宜作手工刀具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼，由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，仅在较小的范围内使用。 目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。 1.高速钢 是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。因刃磨时易获得锋利的刃口，又称 “锋钢”。根据高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢 普通高速钢具有一定的硬度和耐磨性、较高的强度和韧性，切削钢料时切削速度一般不高于5060m/min，不适合高速切削和硬材料的切削。常用牌号有W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2。 高性能高速钢 在普通高速钢中增加碳、钒的含量或加入一些其它合金元素而得到耐热性、耐磨性更高的新钢种。但这类钢的综合性能不如普通高速钢。常用牌号有 9W18Cr4V 、 9W6Mo5Cr4V2、 W6Mo5Cr4V3 等。 2硬质合金 硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳2 / 14 化物，用 Co、 Mo、 Ni 作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达 78 82 HRC，能耐 850 1000的高温，切削速度可比高速钢高 4 10倍。但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，因此很少做成整体式刀具。实际使用中，常 将硬质合金刀片焊接或用机械夹固的方式固定在刀体上。 我国目前生产的硬质合金主要分为三类： 1） K类 即钨钴类，由碳化钨和钴组成。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、 YG3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。数字表示 Co含量的百分数， YG6即含 Co 为 6%，含 Co 越多，则韧性越好。 2） P 类 即钨钴钛类，由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于加工钢料等韧性材料。常用的牌号有： YT5、 YT15、 YT30 等，其中的数字表示碳化钛含量的百分数，碳化钛的含量越高，则耐磨性较好、韧性越低。这三种牌号的硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。 3） M类 即钨钴钛钽铌类。由在钨钴钛类硬质合金中加入少 量的稀有金属碳化物组成。它具有前两类硬质合金的 1 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3 / 14 等难加工材料。常用牌号有 YW1、 YW2。 3其他刀具材料简介 1).涂层硬质合金 这种材料是在韧性、强度较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，采用化学气相沉积法或物理气相沉积法涂覆一层极薄硬质和耐磨性极高的难熔金属化合物而得到的刀具材料。通过这种方法，使刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。常用的涂层 材料有 TiC、 TiN、 Al2O3等。 TiC的韧性和耐磨性好； TiN的抗氧化、抗粘结性好； Al2O3 的耐热性好。使用时可根据不同的需要选择涂层材料。 2).陶瓷 其主要成分是 Al2O3，刀片硬度可达 78 HRC 以上，能耐 1200 1450的高温，故能承受较高的切削速度。但抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃。主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的 精加工。3).金刚石 金刚石分人造和天然两种，做切削刀具的材料，大多数是人造金刚石，其硬度极高，可达 10000 HV。其耐磨性是硬质合金的 80120 倍。但刃性差， 对铁族材料亲和力大。因此一般不宜加工黑色金属，主要用于硬质合金、玻璃纤维塑料、硬橡胶、石 墨、陶瓷、有色金属等材料的高速精加工。 4).氮化硼 这是人工合成的超硬刀具材料，其硬度可达 7300 9000HV，仅次于金刚石的硬度。但热稳定性好，可耐 13001500高温，与铁族材料亲和力小。但强度低，焊接性差。目前主要用于加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金4 / 14 和一些难加工材料。 刀具材料的选用应对使用性能、工艺性能、价格等因素进行综合考虑，做到合理选用。例如，车削加工 45 钢自由锻齿轮毛坯时，由于工件表面不规 则且有氧化皮，切削时冲击力大，选用韧性好的 K类就比 P类有利。又如车削较短钢料螺纹时，按理要用 YT，但由于车刀在工件切入处要受冲击，容易蹦刃，所以一般采用 YG 比较有利。虽然它的热硬性不如 YT，但工件短，散热容易，热硬性就不是主要矛盾了。 刀具材料的基本要求 金属加工时，刀具受到很大切削压力、摩擦力和冲击力，产生很高的切削温度，刀具在这种高温、高压和剧烈的摩擦环境下工作，刀具材料需满足一些基本要求。 高硬度 刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。刀 具材料最低硬度应在60HRC 以上。对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为 63HRC 70HRC；硬质合金刀具硬度为 89HRC 93HRC。 2 高强度与强韧性 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力，如车削 45 钢，在背吃刀量 ap 4 ，进给量 f /r的条件下，刀片所承受的切削力达到 4000N，可5 / 14 见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。一般刀具材料的韧性用冲击韧度 aK 表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。 较强的耐磨性和耐热性 刀具耐磨 性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。 优良导热性 刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。另外，刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。 良好的工艺性与经济性 刀具不但要有良好的切削性能 ，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。此外，经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。 刀具的分类 1加工各种外表面的刀具：包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀 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； 6 / 14 3螺纹加工刀具：包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀等； 4 齿轮加工刀具：包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮和拉刀等； 5切断刀 具：包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。 此外，还有组合刀具。按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类： 6通用刀具：如车刀、刨刀、铣刀、 镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等； 7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等； 8 特殊刀具：加工一些特殊工件，如：齿轮，花键等用的刀具。如、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 切削加工 过程中的工件表面及刀具角度 1. 切削加工过程中的工件表面 3 待加工表面 -工件上有待切除的表面。 已加工表面 -工件上经刀具切削后产生的表面。 过渡表面 -工件上由切削刃形成的那部分表面，它将在下一个行程，刀具或 工件的下一转里被切除，或者由下一个切削刃切除。 7 / 14 前面 - 刀具上切屑流过的表面。它直接作用于被切削的金属层，并控制切 屑沿其排出的刀面。 主后面 -刀具上同前面相交形 成主切削刃的后面。它对 着过渡表面。 副后面 -刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。它对 着已加工表面。 主切削刃 -起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在 工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。 副切削刃 -切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角为零的 点，但它向背离主切削刃的方向延伸。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分则镶装在刀体上。 2刀具角度参考系 切削平面 -通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。 4 8 / 14 主切削平面 Ps-通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。它切 于过渡表面，也就是说它是由切削速度与切削刃切线组成的平面。 副切削平面 -通过切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。 基面 Pt-通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。在刀具静止参考系 中，它是过切削刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向。 假定工作平面 -在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点并垂直于基面，平行 或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要平行于假定的主运动方向。 法平面 Pn-通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。 3刀具角度 前角 -前面与基面间的夹角。 后角 -后面与切削平面间的夹角。 楔角 -前面与后面间的夹角。 9 / 14 主偏角 -主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。 副偏角 -副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。 刀尖角 -主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量。 刃倾角 -主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。 因为在金属切削加工中，刀具切削部分起主要作用，所以刀具材料一般 指刀具切削部分材料。刀具材料决定了刀具的切削性能，直接影响加工效率、刀具耐用度和加工成本，刀具材料的合理选择是切削加工工艺一项重要内容。 金属切削基本理论 金属切削过程是指：通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。在这过程中产生一系列现象，如形成切屑、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等 金属切削过程与金属受压缩过程比较：塑性金属受压缩时，随着外力增加，金属先后产生弹性变形、塑性变性，并使金属晶格产生滑移，而后断裂。以直角自由切削为例，如果忽略了摩擦 、温度和应变速度的影响，金属切削过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后产生了塑性变性。 5 金属切削原理与刀具 10 / 14 实验报告 姓名学号 班级 专业指导老师： 实验一 车刀角度的测量 一、实验目的 1熟悉车刀角度，学会一般车刀角度基准面的确定及角度的测量方法。 2了解不同参考系内车刀角度的换算方法。 二、实验设备，工具和仪器。 1车刀量角台。 量角台的构造如图 1 1。台座、立柱、指度片、刻度板、螺钉 、 夹固螺钉、定位块。 2各种车刀模型。 A型 量 0 、 0、 o B 型 量 s C型量 Kr 、 K 图 1 1车刀量角台 三、实验内容 车刀标注角度的测量。 用车刀量角台测量外园车刀的 0 、 0 、 s 、 Kr 、 Kr 、 o等角。 量前角： 如图 1-2，将车刀放置在台座上，调整刻度板 4和指度片 3 使指 度片的 B 边位于车刀主剖面内并与前刀面贴合，则由刻度板上读出 0。如果指度 片位于横向或纵向剖面，则11 / 14 可测得 f 或 p 。 量后角： 如图 1-3,调整刻度板和指度片使指度片 A边位于主剖面内，并与 后刀面贴合则由刻度板可测得 0。同理指度片位于横向或纵向剖面内可测得 f或 p。调整刻度片位于副剖面内，可测得 o。 量刃倾角：如图 1-4,调整指度片使之位于切削平面内并使其测量边与主切削 刃贴合，则由刻度板读出 s。 量主偏角、副偏角：如图 1-5，将车刀刀杆靠紧定位块调整刻度板的指度 片，使指度片测量边分别与主、副 切削刃贴合，由刻度板读出 Kr和 Kr。 图 1 2前角 0测量 图 1 3后角量 0 的测量 图 1 4 刃倾角 s 的测量 图 1 5 主偏角 Kr、副偏角 Kr的测量 实验记录 1主剖面参考系的基本角度 计算： 12 / 14 3.在所测量刀具中选择刃倾角最大的刀具，计算切深前角 p，进给前角 f。 解：在所测量的刀具中刃倾角最大的车刀为 09号车刀，刃倾角为。 由公式： tg p=tg ocos Kr +tg ssin Kr 代入数据可以得到： p=)= 同理由公式： tg f=tg osin Kr -tg scos Kr 代入数据可以得到 f=)=12o 实验二 车削力的测定及经验公式的建立 一、实验目的 1了解切削力动态测量显示系统、 YDC-III89 型压电式车削测力仪的工作原理 和使用方法。 2 了解切削力产生过程。 3掌握切削深度、进给量等对切削力的影响规律 4通过对实验数据的处理，建立主切削力的经验公式 二、实验设备，工具和仪器。 1工件 ?60， Q235棒料； 2 C6140 普通车床； 3 YDC-III89型压电式车削测力仪； 13 / 14 4 SINOCER YE5850 电荷放大器； 5 PCI 9118DG/L多功能数据采集卡； 6计算机； 7切削力动态测量显示系统软件。 三、实验原理 测试系统框图 YDC-III89 型压电式车削测力仪 1构成 由一个 含外圆车刀的整体构件与一个压电石英晶体三维力传感器构成，如图 1 1. 外圆车刀 2. 力传感器 金属切削原理及刀具 实 验 报 告 书 班级： 姓名： 学号：成绩： 中北大学机械工程与自动化学院 专业实验中心 实验一 车刀角度的测量 一 .实验目的 1认识车刀的类型及用途； 2了解车刀刃磨过程。掌握测量车