焊接内孔车刀的设计-职业学院毕业论文

焊接内孔车刀的设计 1 浙江交通职业技术学院浙江交通职业技术学院 11420410 摘要摘要 刀具是机械制造中用于切削加工的工具 又称切削工具 广义的切削工具既 包括刀具 还包括磨具 车孔是常用的加工方法 精度等级可达 IT7 IT8 表 面粗糙度 a R6 3 0 8 m 刀具的分类有多种 如车刀 刨刀 镗刀 铣刀 拉刀 铰刀等 车孔刀的种类很多 按孔的结构 可分为通孔车刀和盲孔车刀 焊接内 德州职业技术学院毕业设计论文 2 孔车刀是孔加工中不可缺少的重要刀具 在实际生产中得到广泛应用 数控刀具 的分类有多种方法 根据刀具结构可分为 整体式 镶嵌式 采用焊接或机 夹式连接 机夹式又可分为不转位和可转位两种 特殊型式 如复合式刀具 减震式刀具等 根据制造刀具所用的材料可分为 高速钢刀具 硬质合金刀 具 金刚石 结合各方面的因素如 刀头的设计 刀杆的设计与计算及刀杆 刀片材料的 选择等使所设计的焊接内孔车刀达到设计要求 保证其所加工的零件达到精度要 求 并提高刀具的加工效率是本次设计的主要内容 车内孔时为达到精度要求应 用两把车刀 粗车刀和精车刀 通过设计这两把刀来达到所车孔的要求 关键词关键词 刀头材料刀头材料刀头角度刀头角度刀杆长度刀杆长度 目录 绪论 3 第一章焊接内孔车刀的整体布局 6 1 1概述 6 1 2 零件图分析 6 1 3 刀头的设计 8 焊接内孔车刀的设计 3 1 3 1刀头的结构 8 1 3 2刀头的角度调整 9 1 4刀杆的设计与计算 9 1 4 1刀杆的设计 9 1 4 2刀杆的计算 10 第二章刀具的材料与安装 13 2 1刀具材料 13 2 1 1刀具材料应具备的性能 13 2 1 2常用的刀具材料 14 2 2刀片的选择 17 2 2 1刀片形状 17 2 2 2刀具几何角度 18 2 3刀具的安装与夹紧 20 2 4刀具使用时的注意事项 21 结论 23 参考文献 24 致谢 25 绪论绪论 刀具是切削加工中不可缺少的重要工具 无论是普通机床 还是先进的数控 德州职业技术学院毕业设计论文 4 机床 NC 加工中心 MC 和柔性制造系统 FMC 都必须依靠刀具才能完成切削 加工 刀具的发展对提高生产率和加工质量具有直接影响 刀具材料 刀具结构 和几何形状是决定刀具切削性能的三要素 其中刀具材料的性能起着关键性作 用 刀具是机械制造中用于切削加工的工具 又称切削工具 广义的切削工具既 包括刀具 还包括磨具 绝大多数的刀具是机用的 但也有手用的 由于机械制 造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料 所以 刀具 一词一般就理解为金 属切削刀具 刀具的装夹部分有带孔和带柄两类 带孔刀具依靠内孔套装在机床 的主轴或心轴上 借助轴向键或端面键传递扭转力矩 如圆柱形铣刀 套式面铣 刀等 带柄的刀具通常有矩形柄 圆柱柄和圆锥柄三种 圆锥柄靠锥度承受轴向 推力 并借助摩擦力传递扭矩 圆柱柄一般适用于较小的麻花钻 立铣刀等刀具 切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩 很多带柄的刀具的柄部用低合 金钢制成 而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成 刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分 包括刀刃 使切屑断碎或卷拢的结 构 排屑或容储切屑的空间 切削液的通道等结构要素 有的刀具的工作部分就 是切削部分 如车刀 刨刀 镗刀和铣刀等 有的刀具的工作部分则包含切削部 分和校准部分 如钻头 扩孔钻 铰刀 内表面拉刀和丝锥等 切削部分的作用 是用刀刃切除切屑 校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具 而刀 具在加工过程中必然是对高速旋转的工件 它是否能保持平衡就显得十分重要 高速加工的使用者要求经过动平衡的切削刀具 以便减少调整刀具平衡的时间 延长刀具使用寿命 改进被加工零件的精度以及增加主轴轴承的寿命 车孔刀的 种类很多 按孔的结构 可分为通孔车刀和盲孔车刀 按刀具切削部分的材料 可分高速钢和硬质合金内孔车刀 按刀的结构 可分焊接式 整体式 装配式 可转位式 车孔刀刚性差 切削时易产生振动 所以车孔刀的主偏角 r 选得较 大 以减少径向力 车铸铁孔或精镗时一般取 r 90 而粗车钢件孔时 取 r 60 75 以提高刀具的寿命 调整刀头麻烦 效率低 并对操作工人的 技术要求较高 只能用于单件小批生产 但结构简单 制造方便 通用性广 车 孔刀适用于孔的粗 精加工 车孔是常用的加工方法 精度等级可达 IT7 IT8 表面粗糙度 a R6 3 0 8 m 通孔车刀切削部分的几何形状基本上与外圆车刀相 焊接内孔车刀的设计 5 似 图 3 14a 为了减小径向切削抗力并防止车孔时振动 主偏角 r 应取得大 些 一般在 60 75 之间 副偏角 r 一般为 15 30 为了防止内孔车刀 后刀面和孔壁的摩擦且又不使后角磨的太大 一般内孔车刀磨成两个后角 1o a和 2o a 图 3 14c 其中 1o a为 6 12 2o a约为 30 1 粗车孔 时启动车床 加注充分的切削液 车削基本上与车外圆相同 只是进刀和退 刀的方向相反 在粗车时要进行试车削 其横向进给量为径向余量的 1 2 车孔 余量为 5mm 分两次进给 分别取背吃刀量约为 2mm 1mm 切削速度约为 30m min n 400r min 进给量约为 0 4mm r 当车刀纵向切削至 2mm 左右时 纵向快速退刀 横向不动 然后停止车床进行测量 2 精车孔 背吃刀量约为 0 2mm 切削速度约为 60m min n 710r min 进给量约为 0 1mm r 其余加工同粗车 若孔的尺寸不到位 则需微量横向进刀后再次测量 直至车出整个内孔表面 我国机械刀具的发展现状不容乐观 尤其在数控刀具方面我国与世界差距很 大 早期出厂的某些加工中心 由于刀库 机械手等质量问题影响主机使用 主 轴轴承及转台的精度达不到用户要求 据大连 沈阳多家用户反映 国产数控机 床的主要故障大多出在功能部件上 它是影响国产数控机床使用的主要根源 从 国产数控机床的开发和使用来看 功能部件急需技术攻关并实现产业化 随着数控机床向高速 高精 智能 复合 环保方面发展 对数控刀具提出 了 高精度 高效率 高可靠性和专门化 的新要求 在调研中 用户对国产数 控刀具滞后现象反映相当强烈 国产数控刀具在寿命 可靠性等方面差距明显 无论在品种 性能和质量上都远远不能满足用户要求 由于国产刀具品种少 寿 命低 严重影响数控机床效率的发挥 调研企业进口的数控机床 配用大量进口 数控刀具 由于价格昂贵 用户不堪负担 据反映 汽车发动机制造业 航空设 备制造企业等大量进口数控刀具 据不完全统计 沈阳 5 家企业年进口数控刀具 5 千多万元 近年来 国外切削刀具材料发展迅速 尤其是随着涂层技术的不断发展 德州职业技术学院毕业设计论文 6 金属切除率一直呈直线上升 制造业的生产效率大大提高 切削刀具材料正逐渐 向高效加工 硬加工 干式加工 超精密加工和新型难加工材料加工的方向发展 纵观国外驰名的刀具品牌 它们都有一些共同特征 即质量超群 品种齐全 应用 领先 厂家自制刀具多采用高温铜焊 焊接温度高 合金刀头应力大 裂纹情况居 多 加工时容易产生崩刃 裂纹等破损情况 据统计比例占到 50 以上 我们采 用了高频低温焊接的工艺 有效的避免了以上情况 焊接裂纹的比例不到 2 第一章第一章焊接内孔车刀的整体布局焊接内孔车刀的整体布局 焊接内孔车刀的设计 7 1 11 1概述概述 车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具 它可以在车床上加工外圆 端平 面 螺纹 内孔 也可用于切槽和切断等 车刀在结构上可分为整体车刀 焊接 装配式车刀和机械夹固刀片的车刀 机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可 转位车刀 机械夹固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 孔加工刀具一般可分为两大类 一类是从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 例如 下图示标准高速钢麻花钻的结构 工作部 分 刀体 的前端为切削部分 承担主要的切削工作 后端为导向部分 起引导 钻头的作用 也是切削部分的后备部分 内孔车刀可做成整体式 为节省刀具材料和增加刀柄强度 也可把高速钢或硬 质合金做成较小的刀头 安装在碳钢或合金钢制成的刀柄前端的方孔中 上面用 螺钉固定 1 21 2 零件图分析零件图分析 技术要求 材料 45 钢锻件 图 1 1轴承套零件图 图 1 1 为较为复杂的轴承套零件图 此轴类零件有阶台 内孔 内孔槽组成 在这里我主要设计的是内孔的粗 精车 图中的外圆阶台可用 90 度外圆刀进行 粗精车削 内孔就用所设计的焊接内孔车刀车削 对于图中所要车削的内孔可分 为两个过程 粗车孔和精车孔 用粗车刀和精车刀分别车削 在设计粗精车内孔 德州职业技术学院毕业设计论文 8 刀时可通过改变刀头主偏角以及副偏角和切削刃的角度来设计精车刀 焊接内孔车刀是由刀头和刀杆组成 刀头 它是刀具的切削部分 我所设计的 焊接内孔车刀是 CA6140 车床上使用的 其刀杆又叫做刀柄 前半部分为圆柱型 后半部分为方柄 可设计刀头不同的角度 以达到加工的目的 焊接内孔车刀的 整体图为 1 31 3 刀头的设计刀头的设计 1 3 11 3 1刀头的结构刀头的结构 通孔车刀刀头 标注角度符号 解 根据要求 绘制刀具如图 3 17 所示 焊接内孔车刀的设计 9 图 3 17通孔车刀 1 画出进给运动方向 画刀具在基面中的投影 取主偏角为 75 以明确 表明后刀面与副后刀面 主切削刃与副切削刃的位置 标注主 副偏角 2 画出主剖面 副剖面 标注主 副后角 前角 3 画出切削平面 向视图 中的投影 注意放置位置 标注刃倾角 4 标注相应角度数值 此处用符号表示 如图 3 17 所示 1 3 1 3 2 2刀头的角度调整刀头的角度调整 通孔车刀切削部分的几何形状基本上与外圆车刀相似 为了减小径向切削力 并防止车孔时振动 主偏角 r 应取得大些 一般在 60 75 之间 副偏角 r 一 般为 15 30 为了防止内孔车刀后刀面和孔壁的摩擦且又不使后角磨的太 大 一般内孔车刀磨成两个后角 1o a和 2o a 其中 1o a为 6 12 2o a约为 30 1 41 4刀杆的设计与计算刀杆的设计与计算 刀具都是由切削部分和刀体两部分组成 前者用来直接参加切削工作 后者 用来将刀具正确夹持在机床上 焊接内孔车刀刀具的选择 主要的问题是刀杆的刚性 我所要做的内孔的粗 精车是再钻的通孔的条件下车削的 刀杆系统刚性随孔的深径比增加而呈三次 方递减 通常焊接内孔车刀刀杆系统刚性比车削和铣削条件低得多 为了保证孔 加工精度 改善排屑条件 刀刃结构 刀杆直径和刀杆强度必须给予合理匹配 车刀外形尺寸包括刀杆高度 H 宽度 B 及长度 L 刀杆的截面一般为矩形 刀杆高度尺寸受到限制时 为使刀杆具有较高的强 度可采用正方形 镗刀杆的工作部分可选用圆截面 刀杆高度尺寸一般受机床刀 架高度限制 可按机床中心高度选择 表表 1 1不 同 机 床 中 心 高 允 许 的 刀 杆 截 面不 同 机 床 中 心 高 允 许 的 刀 杆 截 面 刀杆截面机 床 中 心 高 m m 德州职业技术学院毕业设计论文 10 150180 200260300350 400 矩形12 2016 2520 3020 3025 40 方形1620252530 1 4 11 4 1刀杆的设计刀杆的设计 表 1 2焊接内孔车刀的装夹方式及用途 装夹方式用途 用于车通孔 用于车阶梯孔 用于车盲孔 表表 1 2 根 据 切 削 断 面 选 取 刀 杆 截 面根 据 切 削 断 面 选 取 刀 杆 截 面 刀杆尺寸刀片材料 矩 形方 形硬 质 合 金高 速 钢 切削断面切削深度切削断面切削深度 10 16121 53 12 20162 54 16 25204 645 20 302581066 25 4030181397 30 454025 18168 焊接内孔车刀的设计 11 40 605040252512 刀杆工作部分一般做圆形 装夹部分一般为长方体 刀杆截面形状为矩形 刀杆高度按机床中心高选择 我所设计的焊接内孔车刀 用于车通孔 结合刀杆的装夹方式和刀杆截面我 选择了车通孔 刀杆尺寸为 20 30 的矩形 焊接内孔车刀的刀头与刀杆用两种材料制造 刀头一般用硬质合金 刀体用 碳素结构钢 45 钢 特点 结构简单紧凑 抗震性能好 并可根据需要进行刃 磨 1 4 21 4 2刀杆的计算刀杆的计算 焊接内孔车刀刀具的选择 主要的问题是刀杆的刚性 刀杆的强度 应力 扭转应力 剪切应力等都考虑 在切削过程中产生的切削力大小相等 方向相反地作用在刀具 工件 夹具 和机床上 由图 1 4 可知 总切削合力 Fr可分解为三个力 图 1 4 切削力的分解 1 主切削力 Fz垂直于基面 与切削速度方向一致 所以又称切向力 在切 削加工中 主切削力所消耗的功最多 所以它是计算机床功率 刀杆和刀片强度 以及夹具设计 选择切削用量等的主要依据 2 径向力 Fy在基面内 并与进给方向相垂直 也叫背向力 在车削外圆时 径向力使工件在水平面内弯曲 它会影响工件的形状精度 而且容易引起振动 3 轴向力 Fx在基面内 它与进给方向相平行 也叫进给力 轴向力是校核 机床进给机构强度的主要依据 若刀具未加紧 会因轴向力大而引起偏转 若工 件未加紧 会因轴向力大而将工件向卡盘方向推入 德州职业技术学院毕业设计论文 12 零件图 1 1 的材料是钢件 刀杆的截面形状为圆形 尺寸为半径 25mm 焊 接内孔车刀的被吃刀量 p为 1mm 进给量 f 为 0 1 mm r 计算其扭矩强度 设轴在转矩 T 的作用下 产生剪应力 对于圆截面的实心轴 其抗扭强度条 件为 t W T nd P 3 6 2 0 10 55 9 T 轴所传递的转矩 N mm Wt 轴的抗扭截面系数 mm 3 P 轴所传递的功率 kw N 轴的转速 r min 轴的剪应力 许用剪应力 Mpa d 轴的估算直径 mm P Fz v 10 4 6 kw 1000 60 kw FzVc Fz 主切削力 N v 切削速度 m min 加工钢件时 Fz 2000ap f N 加工铸件时 Fz 1000ap f N 设刀具在切削工件时的切削速度 v 为 1000m min 则在切削钢件时轴所传递的功 率为 P Fz v 10 4 6 kw 1000 60 FzVc kw 2000 1000 60 1000 kw 33 kw 加工铸件时轴所传递的功率为 P Fz v 10 4 6 kw 1000 60 FzVc kw 1000 1000 60 1000 16 666 kw 轴承套的材料为 45 号钢 设轴的最高转速 N 为 1500 转 其直径 d 为 100mm 轴所传递的功率 P 为 3 3kw 求其许用应力 由 焊接内孔车刀的设计 13 t W T nd P 3 6 2 0 10 55 9 得 t W T nd P 3 6 2 0 10 55 9 9 55 1000000 1000 0 2 1000000 1500 31 83Mpa 由下表可知其在许用应力范围之内 若最高转速为 2000 转 其他条件不变则 其许用应力为 23 875Mpa 由下表可知符合要求 表 1 3常用材料的 T 值和 C 值 轴的材料Q235A 20354540Cr 35SiMn T MPa12 2020 3030 4040 52 C135 160118 135107 11898 107 德州职业技术学院毕业设计论文 14 第二章刀具的材料与安装 2 12 1刀具材料刀具材料 刀具切削性能的好坏 主要取决于刀具材料的切削性能的优劣和刀具切削部 分的结构与几何参数的选择是否合理 通常所说的刀具材料是指刀具切削部分直 接承担金属切除任务的材料 它的性能直接影响刀具的耐用度和生产率的高低 刀具消耗和成本的多少 加工精度和表面质量的优劣等 是保证刀具高效工作的 基本条件 在金属切削加工中 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率 工件的加工 精度 已加工表面质量和刀具消耗以及加工成本 正确选择刀具材料是设计和选 用刀具的重要内容之一 特别是对某些难加工材料的切削 刀具材料的选用显得 尤为重要 刀具材料的发展在一定程度上推动着金属切削加工技术的进步 2 1 1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 刀具材料是指刀具切削部分的材料 金属切削时 刀具切削部分直接和工件 及切屑相接触 承受着很大的切削压力和冲击 并受到工件及切屑的剧烈摩擦 产生很高的切削温度 因此 刀具材料应具备一定的性能 1 足够的硬度 一般来说 刀具材料的硬度必须高于被切工件材料的硬度 常温硬度要求 60HRC 以上 除此之外 还必须具备较高的高温硬度 热硬性 和显微硬度 金 相组织硬度 2 高耐磨性和耐热性 刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力 一般说 刀具材料硬度越高 耐磨 性也越好 但材料的耐磨性不单纯取决于材料的硬度 也并非材料越硬耐磨性越 高 因为硬度过高 内应力增加 可能会加快表层的破坏 使耐磨性降低 3 足够的强度和韧性 坚韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不至于崩刃或刀杆折断所应具备的性能 一般 用抗弯强度来表示 冲击韧性是指刀具材料在断续切削或有冲击的工作条件下保 焊接内孔车刀的设计 15 证不崩刃的能力 强度越高 承受切削抗力的能力越大 刃口崩损的倾向小 4 良好的导热性 刀具材料的导热性用热导率 单位为 W m K 来表示 热导率大 表示导 热性好 切削时产生的热量容易传导出去 从而降低切削部分的温度 减轻刀具 磨损 5 较好的工艺性和经济性 为便于加工制造 要求刀具材料有良好的工艺性能 即具有良好的可加工性 能 可磨削性 高温塑性 锻造性 焊接性及热处理工艺性等 工艺性能差的材 料不宜制造刀具 6 良好的抗粘接性和化学稳定性 抗粘接性防止工件与刀具材料分子间在高温高压作用下互相吸附产生粘接 化学稳定性指刀具材料在高温下 不易与周围介质发生化学反应 刀具材料的种类繁多 且随着科学技术的发展 新的刀具材料也不断出现 常用刀具材料可分为四大类 工具钢 硬质合金 陶瓷及超硬材料 2 1 22 1 2常用的刀具材料常用的刀具材料 1 高速钢 碳素工具钢是指碳的质量分数为 0 65 1 35 的优质高碳钢 常用的 有 T8A T10A T12A 等 这种材料的优点是刀具刃磨性好 热塑性好 切削加工 性好 价格低廉等 缺点是热处理后变形大 淬透性差 耐热性差 最高切削温 度为 250 左右 主要用于切削速度低于 8m min 加工效率较低的情况 故多用 于低速 手动工具 如丝锥 锉刀及手锯条等 2 硬质合金 1 硬质合金的特点 硬质合金中的碳化物 WC TiC TaC 等 的硬度高 熔点高 碳化物所占 的比例越大 硬度越高 碳化物的粒度越小 则碳化物颗粒的总面积越大 而粘 结层的厚度减小 即相当于粘结层金属相对减少 使其硬度提高 抗弯强度降低 因此 硬质合金的硬度 耐磨性和耐热性都高于高速钢 由于硬质合金具有高的 德州职业技术学院毕业设计论文 16 热硬性 可达 1000 左右 允许切削速度为高速钢的数倍 故目前已成为主要 刀具材料之一 但硬质合金抗弯强度较低 脆性大 承受冲击能力较差 制造工 艺性较差 刃口不如高速钢锋利 目前国内外已研制出许多新型硬质合金 提高 了综合性能 硬质合金的种类 钨钴类 K 类 硬质合金钨钴类硬质合金的硬质相材料是 WC 粘结剂是 Co 常用牌号有 YG3 YG6 YG8 等 如 YG8 中含有金属钴 Co 8 依此类推 钨钛钴类 P 类 硬质合金YT 类硬质合金的硬质相材料是 WC 和 TiC 粘 结剂为 Co 常用的牌号有 YT5 YT15 YT30 等 如 YT15 中表明含有 TiC 量 15 钨钛钽 铌 钴类 M 类 硬质合金 主要成分为 WC TiC TaC NbC Co 常用的牌号有 YW1 YW2 YW 类硬质合金也叫通用硬质合金 是一种用途广泛的 硬质合金 各类硬质合金牌号中 含钴量越多 韧性越好 适用于粗加工 含碳化物量 越多 热硬性越高韧性越差 适用于精加工 2 硬质合金的选用 正确选用适当型号的硬质合金 对于发挥其切削性能及经济性等都具有十分 重要的意义 根据加工性质选用 粗加工时 切削用量大 切削抗力大 有时还有冲击和振动 这时要求刀具 材料具有高的抗弯强度和冲击韧性 应选用含钴量高的硬质合金 如 YG8 YT5 等 精加工时 要求加工精度较高 表面粗糙度值小 切削量小 切削力也小 切削过程比较平稳 一般情况下的切削速度比较高 要求刀具材料的硬度 耐磨 性及耐热性高 以保持刀刃的锋利 平直及稳定的几何形状 应选择含钴 Co 量少的硬质合金 如 YG3 YT30 等 切削不规则的工件 要求刀具抗冲击能力强 一般应选择含钴量较高的硬质 合金 如 YG8 YT5 等 根据工件材料选用 切削铸铁等脆性材料 一般形成崩碎切屑 切削力和切削热都集中在刀尖附 焊接内孔车刀的设计 17 近 切削不平稳 有冲击和振动 要求刀具有较高的抗弯强度 韧性和导热性 宜选用 YG 类硬质合金 切削钢等塑性材料时 一般形成带状切屑 塑性变形大 摩擦力大 切削温 度高 切削过程连续而且平稳 要求刀具材料有较高的硬度 耐磨性和耐热性 宜选用 YT 类硬质合金 切削不锈钢 高强度钢 高温合金及钛合金等较难加工材料时 由于这类材 料的强度高 韧性大 粘附性强 切削力大 切削温度较高 导热性差 另外 不锈钢 钛合金中的 Ti 元素与刀具之间的亲和作用会加剧刀具的磨损 因而对 刀具材料的抗弯强度 韧性及导热性的要求更高 宜选用 YG 类硬质合金 YW 类硬质合金 一般是在 YT 类中 使用 TaC NbC 代替部分 TiC 硬质合金中加 入 TaC NbC 后 提高了刀具的抗弯强度和冲击韧度 同时 耐磨性和耐热性也 有所提高 这类硬质合金刀具 既可切削加工铸铁和非铁合金材料 如铜 铝合 金 也可以加工各类钢料 主要用于加工较难加工材料 轴类零件图 1 1 的材料为 45 钢 它使用何用硬质合金的刀片进行切削 结 合硬质合金的选用原则 我选择了硬质合金 3 陶瓷及超硬度刀具材料 1 陶瓷 陶瓷有很高的硬度和耐磨性 耐热性高达1200 以上 切削速度 可比硬质合金提高 2 5 倍 化学稳定性好 与金属的亲和力小 抗粘结和抗扩散 磨损的能力强 陶瓷的最大缺点 是抗弯强度很低 冲击韧度很差 因此 目前 主要用于各种金属材料 钢 铸铁 有色金属等 的精加工和半精加工 2 金刚石具有极高的硬度和耐磨性 耐热性差 强度低 脆性大 一般只适 宜作精加工 是磨削硬质合金及高强度 高硬度材料的特效工具 立方氮化硼可对高温合金 淬硬钢 冷硬铸铁进行半精加工和精加 工 德州职业技术学院毕业设计论文 18 2 22 2刀片的选择刀片的选择 2 2 12 2 1刀片形状刀片形状 刀头是刀具加工工件的切削部分 其性能的好坏直接影响加工工件的精度 若刀头的材质较工件还软 则不仅加工不了工件还容易废刀 若刀头的材质和工 件相等 则不能保证加工精度 所以 刀头的材料一定要比工件好 此外 刀头 的形状也对加工有很大影响 把可转位车刀用机械夹固的方法 装夹在标准的刀 杆 或刀体 上 使用时不需要刃磨 或只需稍加修磨 一个刀刃用钝后 只 需把夹紧机构松开 把刀片转过一个角度 即可用另一个新的刀刃进行切削 待 多角形刀片的各刀刃均已磨钝后 换上新的刀片又可继续使用 常见的可转位车刀刀头的形状有正三角形 菱形 45 度 正方形 各种 刀片形状及其在刀体上的安装位置如图 2 1 菱形刀片正方形刀片三角形刀片 图 2 1 各种刀片形状及其在刀体上的安装位置 正三边形 T 可用于 60 90 93 外圆 端面及内孔车刀 由于刀 尖角小 强度差 耐用度低 只适用于较小的切削用量 边数增多则刀尖角大 强度提高 且刀片利用率高 但切削径向力也随之增大 刀片工作时可到达的位 置受到一定限制 如五边形 P 虽刀尖角为 108 强度及耐用度好 但只宜 在加工系统刚性较好的情况下使用 且不能同时兼作外圆车刀与端面车刀 四边 形 S 刀尖角为 90 介于三边形与五边形之间 通用性较广 可进行外圆 端面加工及车孔和倒角 焊接式车刀的硬质合金刀片型号 形状和尺寸 以标准 化 由专业硬质合金厂按 GB T5244 1985 和 GB T5245 1985 标准生产 使用是根 据不同用途 选择合适的硬质合金牌号和刀片形状规格 结合各种刀片形状的优缺点我此次设计焊接内孔车刀时选用了菱形的硬质 合金刀片 焊接内孔车刀的设计 19 2 2 22 2 2刀具几何角度刀具几何角度 刀具几何角度是确定刀具切削部分几何形状与切削性能的重要参数 它是由 刀面 切削刃及假定参考坐标平面间的夹角所构成的 一 刀具的主要角度有前角 o 后角 o 主偏角 r k 副偏角 r k 刃倾角 s 楔角 o 刀尖角 r 轴类零件的车削一般分为粗车和精车两个阶段 因此 将使用的车刀分为粗 车刀和精车刀两种 1 粗车刀粗车刀要求车刀具有足够的强度 能一次车去较多的余量 以适应粗车时 切削深 进给快的特点 刀具几何参数如下 1 为了增加刀头强度 前角和后角应选小些 但前角不能过小 否则切削 力增大 2 主偏角一般取 r 75 既不增加吃刀抗力 又能提高刀具强度和改善散 热条件 副偏角 r 4 3 为提高刀头强度 选用刃倾角 s 3 0 4 选用直线过渡刃 b 0 5 2mm re kk 2 1 以提高刀尖强度 5 在车削塑性金属时 通常采用在刀具前刀面上制造 或刃磨 断屑槽 2 精车刀精车刀由于车削时切去的金属较少 因此要求车刀锋利 刀刃平直光洁 刀尖处可磨出修光刃 切削时 必须使切屑流向工件待加工表面 以达到零件的 尺寸精度要求和较小的表面粗糙度 刀具几何参数如下 1 前角应选大些 以使车刀锋利 切削变形减小 表面质量提高 磨相应 的断屑槽 以增大前角 2 后角也应选大些 减少车刀与工件的摩擦 一般取取 8 12 3 主偏角一般取 r 90 副偏角 r 2 或磨修光刃 4 为使切屑排向工件的待加工表面 应选用刃倾角 s 3 8 二 断屑槽 目前 在车削加工中 对切屑的控制通常采用在刀具上制造 或刃磨 断屑 德州职业技术学院毕业设计论文 20 槽 常见的断屑槽有直线圆弧型 直线型和圆弧型三种 图 2 2 不管是哪一 种 断屑槽的宽度是断屑槽尺寸中对断屑影响最大的一个参数 切削碳素钢 合 金钢 工具钢时 可选用直线形 直线圆弧形断屑槽 切削高塑性材料工件时 如纯铜 不锈钢等可选用圆弧形断屑槽 轴承套类零件图 1 1 的材料为 45 钢 我选择圆弧形断屑槽 a 直线型b 直线圆弧型 c 圆弧型 图 2 2 断屑槽的形式 三 合理选择切削用量 刀片的主要优点之一是卷屑和断屑性能好 但只是在一定的切削用量范围 内 因此使用时必须根据加工条件 合理选择切削用量 使被加工材料 刀具角 度和切削用量合理地配合起来 以达到理想的效果 合理选择切削用量 是指在刀具角度选好以后 合理确定背吃刀量 进给量 和切削速度 以充分发挥机床和刀具的效能 提高劳动生产率 对 1 2 节的零件图 1 1 的孔进行加工时先用的 70 钻头钻孔再用焊接内孔 车刀的粗车刀选择合适的切削用量 第一步先粗车 89mm 长 36 mm 的孔 第二 步粗车 109mm 长 34 mm 的孔 再用焊接内孔精车刀进行精车 半精加工和精加工时首先要保证工件的加工精度和表面质量 同时兼顾必要 的刀具耐用度和生产率 所以精加工时切削用量的选择方法是 首先选择切削速 度 其次进给量 而背吃刀量是上一工序留下的 1 背吃刀量背吃刀量由粗加工或半精加工留下的余量确定 原则上取 一次切除的余量数 当使用硬质合金车刀精车时 考虑到刀尖圆弧半径与刃口圆 弧半径的挤压和摩擦作用 背吃刀量不宜过小 一般大于 0 5mm 而用高速钢刀 具时不宜过大 一般小于 0 2mm 零件图 1 1 精加工时被吃刀量选 1mm 2 进给量由于半精加工和精加工产生的切削力不大 故增大进给量对 加工工艺系统的强度和刚性影响较小 增大进给量主要受到表面粗糙度限制 为 焊接内孔车刀的设计 21 了减小工艺系统弹性变形和已加工表面残留面积 一般选用较小的进给量 常取 f 0 08 3mm r 零件图 1 1 精加工时进给量选 0 1 mm r 3 切削速度由于半精加工和精加工所消耗切削功率不大 切削速度主要 受刀具耐用度的限制 在保证刀具耐用度的前提下 还要抑制积屑瘤和鳞刺的产 生 一般硬质合金刀具应选用较高的切削速度 大于 70m min 而高速钢刀具 则应选用较低的切削速度 小于 5 m min 以避开积屑瘤和鳞刺产生的速度范围 2 32 3刀具的安装与夹紧刀具的安装与夹紧 1 刀头的焊接 刀片镶焊工艺简介 通过加热 熔介焊料 冷却使刀片与刀体结合 较好的焊接方式是高频焊 带 焊料的要求是 其熔点应高于切削温度 工作时能保持刀片的结合强度 同时有 较好的润湿性及导热性 焊接刀片时一般用工业硼砂作溶剂 保护焊层表面不被 氧化 焊接 YT 合金时 加入一些氟化钾 可改善对合金的润湿性 提高溶剂溶 解氟化钛的能力 常用焊料有以下几种 1 铜镍合金或紫铜 它们的熔点约 1000 2000 摄氏度 可适应切削温度在 700 900 摄氏度的切削工作或大负荷切削 2 铜锌合金或 105 焊料 它们的熔点约 900 950 摄氏度 可适应切削温度在 600 摄氏度左右的中负荷切削工作 银铜合金或 106 107 焊料 它们的熔点约 820 摄氏度 适用于焊接低钴高钛 合金 刀片焊接后 应将车刀置于炉中或稻草灰中缓慢冷却 以减少应用 结合图 1 1 所需要车削的工件 我选择第 2 种焊接方式 2 内孔车刀的刃磨 1 粗磨前面 2 粗磨主后面 副后面 3 精磨前刀面 磨出前角并控制刃倾角 4 精磨主后面 副后面 修磨刀尖圆弧 3 内孔车刀的安装 1 选择合适的车刀伸出长度 德州职业技术学院毕业设计论文 22 2 垫片要少而平整 并与刀架边缘对齐 3 车刀刀尖对准工件中心的方法主要有顶尖对准法和测量刀尖高度法 4 保证车刀的实际主偏角粗车台阶时一般取 75 精车台阶时 一般为 93 5 车刀的紧固 位置正确后 用专用刀架扳手将前后两个螺钉轮换逐个拧紧 刀架扳手不允 许加套管 以防损坏螺钉 2 42 4刀具使用时的注意事项刀具使用时的注意事项 刀具各部分在设计完成后的安装十分重要 刀具安装时 要特别注意清洁 焊接内孔车刀刀具无论 粗加工还是精加工 在安装和固定的各个环节 都必须 注意清洁度 刀柄与机床的装配 刀片的刃磨角度等等 都要擦拭干净 然后再 安装或夹紧 切不可马虎从事 1 安装刀具时应注意以下几点 1 刀头不宜伸出太长 否则切削时容易产生振动 影响工件加工精度和表面 粗糙度 2 刀尖应与车床主轴中心线等高 车刀装得高于中心 后角减小 前角增大 切削不顺利 会使刀尖崩碎 3 车刀底面的垫片要平整 并尽可能用厚垫片 以减少垫片数量 调整好刀 尖高低后 至少要用两个螺钉交替将螺钉拧紧 2 车孔时还应注意以下问题 1 机床运动精度及工艺系统刚性应尽量高 2 切削用量要选择合理 一是通过切削用量控制切屑形状 方便排屑 二是 注意刀具寿命满足孔加工长度要求 3 孔加工关键问题除排屑外 还需很好解决高的切削温度 充分有效的冷却 是不可缺少的手段 首选水基切削液冷却 4 刃磨内孔车刀时要求切削刃有大的前角 保持切削刃强度的前提下切削刃 尽量锋利 5 卷屑槽型和刀具刃磨角度要合理