制造工艺装备--金属切削刀具基本知识概述(ppt 26页).ppt

1 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 第2章制造工艺装备 金属切削刀具机床机床夹具 2 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2 1金属切削刀具的基本知识 2 1 1金属切削加工的基本概念 1 切削运动 主运动和进给运动 与切削用量 图2 1外圆车削的切削运动与加工表面 图2 2平面刨削的切削运动与加工表面 3 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 切削速度Vc 进给量f 或进给速度Vf 和背吃刀量ap 4 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 切削运动主运动进给运动合成切削运动2 工件表面待加工表面已加工表面过渡表面 5 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 3 切削层参数 公称厚度hD 公称宽度bD 公称横截面积AD hDbD fap 6 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2 1 2刀具角度 一 切削部分的组成前刀面A 主后刀面A 副后刀面主切削刃S副切削刃S 刀尖 7 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 其他刀具可看作是车刀的演变和组合 8 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 二 定义刀具角度的参考系刀具标注角度参考系基面Pr切削平面Ps正交平面P0法平面Pn假定工作Pf背平面Pp 9 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 三 刀具的标注角度前角 0 前刀面 基面 正交平面 后角 0 主后刀面 切削平面 正交平面 主偏角 r 主刃投影 假定进给方向 基面 副偏角 r 主刃投影 假定进给方向 基面 刃倾角 s 主刃 基面 切削平面 10 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 图2 7车刀的主要标注角度 11 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 图2 9横向进给运动的影响 四 刀具的工作角度 12 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 轴向进给运动的影响 13 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 安装高度的影响 14 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 刀杆中心线偏斜的影响 15 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2 1 3刀具材料 加工时要承受高温 高压 强烈的摩擦 冲击和振动 1 刀具材料应具备的性能高的硬度 比工件高 HRC60高的耐磨性 耐用度足够的强度和韧性 不崩刃 不断高的耐热性 热稳定性 高温时可以加工良好的热物理性能和耐热冲击性能良好的工艺性能 刀具制造成本低 16 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 常用刀具材料有碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷 金刚石 立方氮化硼等 2 高速钢表2 1含有较多钨 钼 烙 钒等元素的高合金工具钢较高的硬度 热处理硬度达HRC62 67 和耐热性 切削温度可达550 600 切速比碳素工具钢和合金工具钢高1 3倍 因此而得名 刀具耐用度高10 40倍 甚至更多可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料制造工艺简单 能锻造 容易磨出锋利的刀刃在复杂刀具 钻头 丝锥 成形刀具 拉刀 齿轮刀具等 的制造中占有重要地位 用途分 通用型高速钢和高性能高速钢制造工艺分 熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 17 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 3 硬质合金 表2 2 用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物 碳化钨 碳化钛 碳化钽 碳化铌等 与金属粘结剂 钴 镍 钼等 在高温下烧结而成的粉末冶金制品 硬度 HRA89 93 能耐850 1000 C的高温 良好的耐磨性 切速可达100 300m min 可加工包括淬硬钢在内的多种材料 广泛应用硬质合金的抗弯强度低 冲击韧性差 不锋利 较难加工 不易做成形状复杂的整体刀具 常用的硬质合金有钨钴类 YG类 钨钛钴类 YT类 和通用硬质合金 YW类 3类 18 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 4 涂层刀具和其它刀具材料 涂层刀具 耐磨性高的难熔金属化合物耐用度至少可提高1 3倍 刀片 或2 10倍 高速钢 加工材料的硬度愈高 效果愈好 人造金刚石 在高温高压下由石墨转化而成极高的硬度 显微硬度可达HV10000 和耐磨性 摩擦系数小 切削刃非常锋利 很高的加工表面质量 陶瓷材料 以氧化铝为主要成分 经压制而成在1200 C时可保持HRA80的硬度 脆 热稳定性较差 不得超过700 800 与铁元素的化学亲和力很强 不宜加工钢铁件 加工硬质合金 立方氮化硼 由六方氮化硼在高温高压下转变而成硬度热稳定性很高 可达1300 1400 C 最大的优点 在高温 1200 1300 C 时也不易与铁族金属起反应 19 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2 1 4CVD金刚石切削刀具 寿命相当于硬质合金刀具的100倍以上加工特性 刀刃强度高 能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷 磨耗小 耐用度比硬质合金高100倍以上 性能优于PCD刀具 可以多次修磨 反复使用 用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至Ra 0 05um 被加工工件表面可达到镜面光 热导率 5W cmK 热稳定性好 最高工作温度800 20 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2 1 5刀具角度的选择 1 选择前角g02 选择后角 o3 选择主偏角 r和副偏角 r4 选择刃倾角ls应当指出 刀具各角度之间是相互联系 相互影响的 孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值 21 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 1 前角g0 影响 切削的难易程度 很大 前角 使刀刃变得锋利 使切削更轻快 切屑变形 切削力和切削功率 前角 刀刃和刀尖强度 散热体积 影响刀具寿命 对表面粗糙度 排 断屑等有一定的影响 22 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 选择前角g0 主要取决于 工件材料 刀具材料 加工要求工件强度 硬度较低时 取较大的前角 反之取较小的前角 加工塑性材料 如钢 选较大的前角 脆性材料 如铸铁 选较小的前角 刀具材料韧性好 如高速钢 前角可选得大些 反之 如硬质合金 则前角应选得小一些 粗加工时 特别是断续切削时 应选用较小的前角 精加工时应选用较大前角 硬质合金车刀的前角 0在 5 20 范围内选 高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大5 10 而陶瓷刀具的前角一般取 5 15 23 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2 后角 o 后角的主要功用 减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损 其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大的影响 大小取决于 切削厚度 或进给量 也与工件材料 工艺系统的刚性有关 车削一般钢和铸铁时 车刀后角常选用4 6 24 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 3 主偏角 r和副偏角 r 影响 主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大 减小主偏角和副偏角刀尖角增大 刀尖强度提高 散热条件改善 刀具耐用度提高 降低残留面积高度 减小加工表面的粗糙度 主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例 主偏角取值 在工艺系统刚性较好时 主偏角 r宜取较小值 如 r 30 70 车削细长轴时 取 r 90 93 以减小背向力Fp 副偏角 r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取 一般为5 15 粗加工时取大