刀具切屑原理和选择.doc

1、 刀具按切削速度依次分为：炭素工具钢高速钢硬质合金金刚石刀具-金属陶瓷陶资刀具超高温烧结体-立方氮化硼。2、 切削用量三要素:切削速度、进给量、切削深度。3、 高速钢是在钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。钨、铬、钒与碳形成高硬度的碳化合物，钼细化晶粒，提高韧性。切削速度30M/MIN，切削温度500-650，硬度HRC63-66，其制造工艺性能好，在复杂刀具如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等制造中占主要地位。表面化学处理后（盐浴软氯化、气体软氮化），可形成0.02-0.1MM高硬度薄层。4、 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物各金属粘结剂高压成形，硬度HRC89-95，耐热800-1000，脆性大，制造工艺差。切削速度可达100M/MIN，能够切削淬火钢等硬材料。YG类硬质合金耐冲击，适用于铸铁、青铜的粗加工，易与钢料粘结。YT硬度较YG高，强度下降，不宜加工含钛的不锈钢。YT5粗加工，YT15半精加工，YT30精加工。YW（钨钛钽）通用型，韧性和硬度都有提高，适用于钢、铸铁和有色金属粗、精加工。YN（碳化钛），适用于高速切削硬度低HB300的钢料。涂层硬质合金是采用韧性较好的基体通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对硬质合金表面喷涂厚度为512um的涂层，以提高刀具的抗磨能力。TIC硬度高达3200HV，耐磨性好，结合比较牢固。TIN的硬度为1950HV，与基体结合较差，但与铁基金属之间摩擦系数很小，抗粘结与扩散能力强。AL2O3硬度为3000HV，高温化学性能稳定，适用于高速切速。5、 陶瓷（AL2O3、NI、MO、TIC）热压成形，硬度HRC93-94，耐温1200，切削速度比硬质合金提高2-5倍，冲击韧性很差，主要用于钢、铸铁、有色金属半精加工和精加工。6、 金刚石分天然和人造的两种，都是碳的同素异形体。硬度HV10000，耐温900,不适合加钢铁材料，因为金刚石中的碳原子和铁有很强的化学结合力，高温下会化为石墨结构。用于高硬度、高耐磨材料加工及有色金属的半精加工和精加工。7、 立方氮化硼硬度HV8000-9000，耐热1400。用于高温合金、淬火钢、冷硬铸铁进行半精加工和精加工。8、 金属的切削过程实质就是产生切屑和形成已加工表面的过程,其基本物理现象包括:切削变形、切削力、切削温度、和刀具磨损。带状切屑一般是在加工塑性钢材、铝料，采用大的前角，小的切削厚度，高的切削速度时形成的，其切削力小，表面质量好，但影响加工。挤裂切屑是在加工塑性材料，小的前角，大的切削厚度，小的切削的速度时形成。9、 积屑瘤是在中等切削速度下加工中碳钢形成的,它影响表面粗糙度,而陶瓷刀具和镀钛刀具不易形成粘附积屑瘤。控制积屑瘤的措施：1）、降低材料的延展性，提高硬度。2）、控制切速度。也可以采用切削液、增大前角、减少切削厚度等方法。高速钢低速车螺纹或用铰刀低速铰孔可得到较小的表面粗糙度。硬质合金高速加工积屑瘤消失，也能获得小的表面粗糙度。10、 加工时材料表皮因刀具挤压而加工硬化，通常会提高硬度20%-30%。因切削热会引起淬火钢硬度下降。11、 残余应力：1）机械应力的作用（刃口的挤压），2）切削热的作用（热胀冷缩），3）体积变化（碳钢在720时，就发生相变形成奥氏体，冷却后变为马氏体，马氏体比奥氏体的体积大）。12、 表面质量它决定零件磨损、密封、接触强度、耐腐蚀等。表面粗糙度原因：1）刀具几何原因形成过大的残留高度。2）、切削过程中不稳定因素形成鳞刺、积屑瘤等。增大前角和采用适宜的切削液可改善鳞刺。13、 切削力：硬质合金和高速钢在加工钢件时，高速钢主切削力较硬质合金少，但在加工铸铁时高速钢主切削力反之。14、 影响切削力的因素：工件材料的强度愈高剪应力愈大，切削力越大，材料硬度高切削力就越大。奥氏体不锈钢的强度、硬度都较低，但加工强化能力大，加工硬化明显，切削力也大。切削深度增大一倍时，切削力也增大一倍。进给量增大一倍时，切削力增加70%-80%。切削力随切削速度的增大而减少。在选择切削用量时，应采用大的切削速度、较大的进给量、小的切削深度。刀具几何形状的影响：1）、前角对主切削力影响不大，而对进给抗力和切深抗力影响较大。前角大切削力小，但过大影响刀具强度，塑性大的材料可取大的前角。2）、主偏角增大，切削宽度减少，切削力减小。70切削力为最小。3）、刃倾角对主切削力影响不大，但对进给抗力和切深抗力影响较大，刃倾角大切削力小，精加工时为使工件变形小，宜采用正的刃倾角。4）、刀尖圆弧半径大面切削面积增大，切削力增大。5）、刀具材料，相同条件下，陶瓷刀具的切削力最小，硬质合金次之，高速钢最大。6）、刀具磨损大，切削力大，切削液可降低切削力。15、 切削热：q=9.81FZV,为使切削温度较低，应选用大的切削深度，较小的进给量，低的切削速度，加注冷却液。16、 刀具磨损分初期磨损阶段（快）、正常磨损阶段(慢)、急剧磨损阶段（快）。原因：一、 低速时形成刀具机械作用磨损。二、高温热-化学作用磨损，1)、粘结磨损（陶瓷刀具、镀钛刀具切削铁素体可使粘结磨损减小）。2）、扩散磨损（高温时分子间的扩散，材料不同，扩散速度不同，WC-CO硬质合金切削碳钢时磨损最快，AL2O3陶瓷刀具磨损最慢，或用表面涂TIC刀具）。三、氧化、化学磨损（刀具在高温下与空气的氧、极压润滑液中添加剂硫、氯等起化学作用）。硬质合金低温时以机械磨损为主，高温时粘结磨损减少而氧化磨损加快。四、相变磨损（刀具的最高温度超过相变温度时，刀具表面金相组织发生变化，使磨损加剧,切削温度是影响刀具磨损的主要原因）。刀具耐用度 T min（新刃磨的刀具从开始至达到刀具磨损限度所经过的总切削时间）。T=Ct/V5F2.25Ap0.75,切削速度对T影响最大,进给次之,切削深度最小。VTm=C0，V=切削速度,T刀具耐用度, C0系数。高速钢M=0.10.125,硬质合金M= 0.20.3,陶瓷刀具M=0.4。17、 提高金属切削效益的途径：1）、材料中加入少量添加剂如：铜中加1%-3%的铅，铅可作为球状粒子起润滑作用，钢中加0.1-0.3% S和MN起润滑作用。2）、进行适当的热处理如：低碳钢正火、调质可降低韧性，提高硬度，使切削容易，高碳钢、白口铸铁可通过退火处理降低硬度改善切削。18、 高锰钢(MN11%-14%)其组织为奥氏体,加工硬化严重,导热低(约为45钢的1/4),韧性大(约为45钢的8倍)为改善其切削性能,刀具采用较大的前角和-20- -30的刃倾角,切削用量采用低的切削速度20-40m/Min,大的进给量0.2-0.8mm/r,大的切削厚度。19、 不锈钢（奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti和马氏体不锈钢2Cr13）,加工硬化严重，铬的含量高易粘结，导热性约为45钢的1/3。改善措施：1）、对奥氏体不锈钢进行调质，对马氏体不锈钢在850-950退火。2）、刀具采用YG类硬质合金，以减少粘结，采用大的前角（25-30），以减少加工硬化，采用小主偏角以便散热，可采用较高或较低的切削速度减少粘结现象。20、 切削液的三个主要作用：润滑、冷却、清洗。1）、润滑能力取决于切削液的渗透性、成膜能力和润滑膜强度，渗透性取决于液体的表面张力，粘度和它与金属的化学亲和力；成膜能力和润滑强度取决切削液的油性，在油中添加硫、氯、磷等添加剂在高温下能形成化学吸附膜，防止金属界面直按接触。2）、冷却取决于产生热量与导热之差，水比油冷却性能好。3）、清洗能力取决于切削液的流动性能，水比油清洗作用强，防锈能力则反之。21、 切削液的选用：1）、水溶液：主要成份是水，加入防锈剂（碳酸钠、硝酸等）用于磨削。2）、乳化液：乳化油加水稀释而成，乳化油是由矿物油与乳化剂配制而成，乳化液具有良好的冷却作用，用于车削。3）、切削油：主要是矿物油，矿物油润滑能力差，在低速下可加入油性剂，高速时或重切削时可再加入极压添加剂，用于滚齿、精密螺纹车削、高速插齿。其它：二硫化钼+硬脂酸+石腊-做成腊笔涂于刀具表面可用于攻丝。22、 刀具参数:1)、前角、工件材料的强度小，硬度低，应选较大的前角，反之应取小的前角。2）、刀具材料，高速钢的前角可比硬质合金大一些（5-10）。3）、加工性质，粗加工较小的前角，精加工取较大的前角。成形刀具和多齿铣刀应选大的前角。刀具工作角度的影响：右旋螺纹纵向进给时刀具右侧实际后角减少，左侧后角增大，横向切断时，随着工件直径不断减少，刀具实际后角不断减少，甚至为负值。刃倾角的增大可减少刃口半径,可控制切屑流向,可控制切削刃切入时与工件接触的位置，可控制切削刃切入和切出时的平稳性，可控制切深抗力和进给抗力。23、 卷屑槽：全圆弧型主要用于高塑性材料，宽约10倍进刀量，直线圆弧型主要切削合金钢，宽约7倍进给量。外斜式卷屑槽断屑范围较宽，用于粗加工，内斜式卷屑槽断屑范围较窄，主要用于精加工。24、 粗加工实例:切削刃负倒棱0.5-1f,刀尖处圆弧过渡刃0.5-2mm,外斜式直线圆弧卷屑槽,以增加切削刃的强度和散热,负的刃倾角以保护刀尖,小的后角(6),主偏角(75)增加刀尖强度。 25、 细长轴加工：大的前角20- 30，主偏角(90)以减小切深抗力，+3刃倾角，4-6MM宽卷屑槽。26、 车削淬火钢：小的主偏角、副偏角，5前角，负的刃倾角，切削用量：ap=0.5-1.5mm,f=0.15-0.5mm/r,v=20-40m/min。27、 最大生产率:Tw=Tm+Tm/T*Tcl+ToL 。Tw完成一个工序所需的总工时，Tm_加工时间，T刀具耐用度，Tcl换刀一次所需的时间，ToL其它辅助时间。28、 最低成本：C=Mtm+Tm/T*Mtol+Cl*Tm/T+Mtol 。C工序生产成本，M该工序单位时间所分担的全厂开支，Cl每次磨刀费用。Tm=lwA/nfAp=，lwAdw/1000vfap,T=(cy/vapxofyo)*1/m 。T刀具耐用度，Lw工件加工部分长度，A单边的加工余量，Dw工件的直径，ap,f切削深度和进给量，v切削速度，cy,xo,yo分别为切削速度公式中的系数与指数。29、 机动时间：TW=Lw+y+/n*f,lw工件部位长度，y，切入切出时间。30、 成形车刀:高效率。按结构和形状可分：平体、棱体、圆形成形成刀，圆形重重磨次数最多。棱形成形刀刃磨时，刀具后刀面与砂轮表面的垂线装置成（前角+后角）的角度即可，以免截形失真。圆形成形刀刃磨时，把检验圆的切线调整至砂轮轴线垂直位置即可。成形刀由于前角不等于零，使成形刀的截面深度比工件截面深度略浅，设计成形刀截面时可用作图法找点绘轮廓。31、 钻削与孔加工刀具：扁钻、麻花钻、深孔钻、扩孔钻、铰刀、锪钻、镗刀。32、 麻花钻：由柄部、颈部和工作部分组成。螺旋刃带起导向作用。直径向锥柄方向作成倒锥，其倒锥量为0.050.12/100mm,它相当于副偏角作用，为保证钻头强度，钻芯直径向钻柄方向作成正锥，直径为钻头直径0.1250.15倍。螺旋角：tg=d/p。力矩80%由切削刃产生,而轴向力57%由横刃产生。麻花钻的刃磨：1）、在切削刃与棱刃转角处修磨出75过渡刃即双重刃，使轴向力减少，改善了散热条件，减少转角处磨损。2），修磨横刃减少轴向力。3）、修磨分屑槽，便于断屑。4）、直径大于12以上的钻头可修磨棱边，耐用度可提高一倍以上。33、 群钻：由外刃、圆弧刃、内刃、三个刀尖组成（普通麻花钻修磨而成）。特点：轴向力减少，定心准，有分屑槽便于排屑。圆弧刃和内刃前角增大，切削力矩减少，耐用度提高35倍。34、 硬质合金麻花钻：加工脆性材料如铸铁、玻璃、高锰钢等。35、 深孔钻（孔的长径大于5倍以上），深孔钻必须解决排屑、冷却、导向问题。36、 枪钻:（单刃外排屑）320MM小直径的深孔加工,精度可达IT8IT10,表面粗糙度可达Ra0.20.8um,孔的直线性好。钻头由高速钢或硬质合金切削部分和无逢钢管钻杆组成，在钻头处滚压出120排屑槽，高压冷却液从钻杆内孔进入切削区进行冷却与润滑，同时把切屑从排屑槽内冲刷出来。切削刃呈折线形，分内外切削刃，钻尖与钻头中心有一个偏心E，内刃在中心处低于钻头轴线H值，加工时就会在钻心处残留一个末被切除的直径为2H的芯柱，有可靠的导向作用。37、 内排屑深孔钻：12120MM的直径加工，钻头由钻体、分布在不同圆周上的三个切削刃和两个导向块组成。高压切削液从钻杆与孔壁间的间隙进入切削区进行冷却，同时的切屑同钻头的体内排屑和钻杆内孔冲出。切削刃在不同的圆周上可起分屑作用，无横刃，轴向力小，切屑不与孔壁摩擦，加工质量好。38、 喷吸钻，它是利用流体喷射效应原理，即当高压流体经过一个狭小的通道高速喷射时，在这个射流的周围便形成低压区，存在压力差而形成一定的吸力。39、 套料钻：钻削直径大于60MM的孔，套料钻的刀齿分布在圆形的刀体上，刀体上有导向块，加工时中是把一个圈环材料切除，从中间套一个可利用的芯棒。40、 扩孔钻:较麻花钻齿数多(34齿),精度可达到IT11IT10,表面粗糙度为Ra6.33.2um。41、 铰刀：用于中小孔的半精或精加工的多刃刀具(412齿)，齿数多，导向好，切削薄，铰孔质量高，但齿数多，会降低刀齿的强度和减小容屑空间，加工脆性材料取多齿数。粗铰余0.4,精铰余量0.2,转速为1000r/min,进给量0.4mm/r,精度可达IT5IT6（u级），表面粗糙度Ra1.60.8um。不等距分布刀齿可避免因孔壁上的硬点而产生划伤。齿槽有直线齿背和圆弧齿背两种，直径大于20的铰刀常用圆弧齿背，因其容屑大，刀齿强度好。铰刀有直槽和螺旋槽两种，螺旋槽切削平稳，排屑顺利，右旋用于盲孔，左旋用于通孔，切削向前流出。 硬质合金无刃铰刀是在多边形刀体上镶焊刀片，切削刃有负前角，主要起挤压作用，适用于铸件孔的光整加工，余量不大于0.05,铰孔前的预加工精度不低于IT7，铰孔后的精度可达IT7，表面粗糙度Ra0.8，加工时要充足的煤油切削液。42、 钻加工复合刀具：钻扩复合刀具、扩铰复合刀具。43、 浮动镗刀：可消除安装误差和机床主轴偏摆。44、 铣刀:按结构分为圆柱、圆锥和特形回转体。圆柱铣刀分螺旋齿和直齿两种，一个刀齿由切入到切出，切削厚度是突变的，螺旋齿加工中实际切削宽度是由零逐渐增大到最大，又逐渐减小到零，所以螺旋齿切削较平稳。45、 逆铣和顺铣：逆铣铣刀旋转方向与工件进给方向相反，切屑同薄变厚，水平力与进给方向相反，垂直力向上，由于刃口钝圆半径使刀齿产生一段滑行，加工表面硬化，表面粗糙度大，刀具磨损增大。顺铣反之，水平力和进给力方向一致，可能使丝杆副发生轴向窜动。46、 铣刀破损：分低速小进给崩刃和高速大进给崩刃，一般采用低中大进给,断续铣削时刀齿负刃倾角防切入时打刀,切入时增大刀轴心与工件中心线的偏移量。47、 尖齿铣刀:曲线齿背在任何截面上的抗弯强度均相等,有较高的刀齿强度,立铣刀在圆柱面上的切削刃是主切削刃,端面是副刀刃,不宜作轴向进给。铣刀螺旋角大，前角大，切削锋利、平稳，刀齿小，容屑空间大，刀齿强度高。分屑槽和波形刃排屑好，减少了切削宽度，切削力小。键槽铣刀:用于铣削封闭键槽,端面刀齿直按延伸到刀具中心,可纵向、轴向进给。48、 成形铣刀:齿数的多少,影响刀齿的尺寸和容屑槽尺寸。铣刀刃磨前刀面，必须严格控制前角。49、 拉刀:是一种多齿的精加工、高生产率刀具。拉刀上各齿依次从工件上切下很薄的一层金属，经一次行程即可切除全部余量，拉刀寿命长。并能获得IT8IT7级精度,表面粗糙度Ra5-0.8um。拉削是属于封闭切削，因此，容屑、排屑和散热均较困难。50、 圆孔拉刀：切削部分是由粗切齿、过渡齿、精切齿组成。粗切齿的齿升量较大（约为0.030.06mm），各粗切齿的齿升量相等，全部粗切齿约切出拉削余量的80%。齿升量过大，影响拉刀的强度和机床的负荷。齿升量不能小于0.01mm,过小则切屑很薄，由于刃口钝圆半径的影响，使挤压加剧，刀齿容易磨损。精切齿的齿升量一般取0.030.01mm。拉刀为降低切削力取大的前角，为保证孔径取小的后角及0.10.4mm宽的刃带。交错分布的分屑槽可减少切屑宽度，降低切削力。51、 螺纹梳刀：分平体、棱体和圆体三种，68齿，可一次走刀中加工出所需螺纹。52、 螺纹铣刀：用于加工大螺距的梯形或矩形传动螺纹，加工时使铣刀轴线和工件轴线平行，铣刀与工件沿全长接触，工件旋转一周并相对铣刀在轴向移动一个螺距。53、 螺纹切头：直径可调节，四把圆梳刀2相互间按顺序错开四分之一螺距。54、 丝锥：由切削部分和导向部分组成，切削部分磨出切削锥角,切削锥角大时，刀齿负荷重，轴向力增大，切入时导向差。为了便于排屑，切削通孔右螺纹时，容屑方向为左螺旋槽可使切屑向前排出，也可磨出轴向刃倾角。切削盲孔右螺纹时则为右螺旋槽向后排屑。55、 拉削丝锥：加工梯形内螺纹时，改变了一般结构丝锥受轴向压力变为受拉力，因而丝锥做得较长，工作平稳，一次走刀完成螺纹加工。56、 滚丝轮：两个滚丝轮螺旋方向相同，与工件的螺纹方向相反，安装时滚丝轮的轴线平行，在轴向相互错开半个螺距，两轮同向等等速