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整体硬质合金刀具 1 提纲 硬质合金材料简介刀具的基本构造要素整体硬质合金刀具加工工序流程 2 硬质合金材料简介 硬质合金是用硬度和熔点都很高的金属碳化物 WC TiC TaC和NbC等 作硬质相 用金属钴 钼 镍等作粘接相 研制成粉末 按一定比例混合 压制成型 在高温高压下烧结而成 3 硬质合金材料简介 刀具材料应具备的性能硬度高 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度 否则在高温高压下 就不能保持刀具锋利的几何形状 足够的强度和韧性 刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力 因此必须要有足够的强度和韧性 抗弯强度 冲击韧性 耐磨性和耐热性好 耐磨性指抵抗磨损的能力 硬度高 金相组织中碳化物多 颗粒细 分布均匀 耐热性指在高温下保持物理力学性能的能力 导热性好 用热导率表示 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 脆性刀具材料断续切削 导热性能差的工件 工艺性好 为了便于制造 要求刀具材料有较好的可加工性 4 硬质合金材料简介 5 刀具的基本构造要素 切削刀具是由一个或多个刀齿构成的 每个刀齿的切削刃都是由前刀面与后刀面组成的刀楔形成的 最简单的刀具是单齿的 如车刀 而多齿刀具皆可视为单齿刀具的演变 6 刀具的基本构造要素 刀具要从工件上切下金属 就必须具备一定的切削角度 这些角度决定了刀具切削部分个表面的空间位置 为了确定刀具上刀面及切削刃在空间的位置 首先应建立空间参考系 正交平面参考系 7 刀具的基本构造要素 正交平面参考系基面pr 过切削刃选定点 垂直该点切削速度方向的平面 通常平行于刀具安装面 底面 切削平面ps 过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面 正交平面po 过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的平面 8 刀具的基本构造要素 刀具的主要切削部分前刀面A 切屑沿其流出的表面 主后刀面A 与过渡表面相对的面 副后刀面A 与已加工表面相对的面 主切削刃 前刀面与主后刀面相交形成的刀刃 副切削刃 前刀面与副后刀面相交形成的刀刃 9 刀具的基本构造要素 刀具的几何角度前角 o 在主切削刃选定点的正交平面po内 前刀面与基面之间的夹角 后角 o 在正交平面po内 主后刀面与基面之间的夹角 主偏角 r 主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角 刃倾角 s 在切削平面ps内 主切削刃与基面pr的夹角 10 整体硬质合金刀具 铣刀铣刀是一种多齿刀具 它的使用广泛 种类与规格都很多 利用铣刀可以加工平面 沟槽 台阶 螺纹 型腔等各种成型表面 11 整体硬质合金刀具 12 整体硬质合金刀具 螺旋方向与切削刃朝向 立铣刀的螺旋方向和切削刃的朝向可以有4种不同的组合 左刃左螺旋 左刃右螺旋 右刃左螺旋 右刃右螺旋 但在实际使用中右刃右螺旋最常见 13 整体硬质合金刀具 底端形状 立铣刀的底端形状常见的有平头 圆弧头 倒角头 球头 平头 14 整体硬质合金刀具 周刃形状 柱状 锥状 成形铣刀 15 整体硬质合金刀具 16 整体硬质合金刀具 铣刀的直径d0 铣刀的直径指周刃所在外圆的直径 直径越大 刀齿的传热散热情况好 可提高刀具的耐用度 但直径太大时 浪费刀具材料 并在同样切削条件下切削力增加 所以 铣刀直径应根据切削用量选取 17 整体硬质合金刀具 刃长l2 立铣刀的刃长l2是端齿至周刃尾部的长度 刃长越短 刀具的刚性和切削性能越好 立铣刀的刚性与刃长的3次方成反比 在相同的切削条件下 因为立铣刀的刃长增大以后 刀具的刚度将下降 从而影响到被加工面的垂直度和表面质量 18 整体硬质合金刀具 刃数Z和芯厚k 影响立铣刀切削性能的另一重要因素是切削刃的刃数 一般情况下 切削刃数少的立铣刀的容屑槽大 其切屑的排除性好 齿数多时 立铣刀的横截面积大 刚性好 但容屑槽的能力低 在加工中易出现切屑阻塞 刃数 精 粗加工芯厚 刚性 容屑槽 加工精度 切削效率 19 整体硬质合金刀具 直刃立铣刀切削时呈断续切削状态 切削力的波动较大 而螺旋刃立铣刀的切削力曲线比较平滑 直刃立铣刀和螺旋刃立铣刀的切削阻力可分解为径向和轴向的两个分力F1和F2 因此螺旋刃立铣刀与直刃立铣刀相比 它的径向阻力小 20 整体硬质合金刀具 前角 o后角 o主偏角 r副偏角 r 21 楔角圆周刃前角过大时 虽然切削刃比较锋利 但刃口的强度小 在加工中易出现振动 卷刃和崩刃 圆周刃前角过小时 切削刃的锋利度不好 切削阻力较大 排屑差 前面易磨损 从刀具长度方面考虑 由于刃部较长的立铣刀其刀体的刚性低 工作中易出现振动 卷刃和崩刃 所以必须设法提高立铣刀切削刃的强度 即增大楔角 但另一方面立铣刀刃部较长时 由于弯曲变形大 其易产生背切 又不能把圆周刃后角磨得太小 为此通常采用较小圆周刃前角的方法来提高切削刃强度 从被切削材料方面来考虑 当加工硬质材料时 为了防止卷刃 崩刃 一般采用大楔角 当加工软材料 有加工硬化性材料及韧性大易粘到的材料时 为使刃口锋利 切削性能好 采用小楔角的效果比较好 22 整体硬质合金刀具 铰刀铰刀是孔的精加工刀具 当然也可用作高精度孔的半精加工 主要是为了提高孔的加工精度 刀的齿数多 槽底直径大 其导向性及刚性好 而且加工余量小 铰刀的制造精度高 结构完善等 23 整体硬质合金刀具 24 整体硬质合金刀具 铰刀的直径 铰刀校准部分的直径是铰刀的主要参数和基本尺寸 铰刀的直径公差设计要考虑如下因素 1 被加工孔的直径和公差带 2 在切削过程中被加工孔的扩张量 或收缩量 即被加工出的孔的实际尺寸与铰刀的实际尺寸之差值 一般情况下是被加工出的孔的实际尺寸大于铰刀实际尺寸呈微量扩张 但有时在加工塑性大的材料和韧性大的合金钢或高铬钢 耐热合金时也可能呈相反结果 孔缩 扩张量 或收缩量 的确切数值应由试验确定 3 铰刀要有足够的刃磨次数 25 整体硬质合金刀具 倒锥为减轻校准部分与孔壁的摩擦和孔径扩张 校准部分的一段或全部制成倒锥形 26 整体硬质合金刀具 主偏角 铰刀前边的切削锥部起主要切削作用 刃口无刃带 要锋利 27 整体硬质合金刀具 螺旋角 一般 通用铰刀都做成直齿的 即螺旋角为0 也有螺旋槽铰刀 其特点是切削平稳 振动小 耐用度高 可以加工出高质量的孔 尤其是铰削轴向有键槽或孔壁长度方向不连续的孔 用螺旋齿最适合 加工盲孔时 用右旋铰刀 铰通孔时 采用左旋铰刀 28 整体硬质合金刀具 刃倾角 具有刃倾角的铰刀切削部分的前面和校准部分的前面不在同一平面 其切削余量可比无刃倾角铰刀大 进给量也大 切屑向前排出顺畅 不会出现切屑积压在容屑槽内划伤孔壁现象 加工不同孔时 铰刀前端有一沉孔可容纳切屑 29 加工硬质合金刀具的设备 30 切削参数 切削速度Vc进给量 每齿 fz切削深度ap切削宽度ae泰勒寿命公式 碳钢 T CT Vc5fz2 25ap0 75 Vc影响最大 fz次之 ap最小 31 常用公式 切削速度 m min Vc D n 1000主轴转速 rev min RPM n Vc 1000 D 进给速度 工作台进给 mm min Vf fz n z每齿进给量 mm tooth fz Vf n z 每转进给量 mm rev fn Vf n金属去除率 cm3 min Q ap ae Vf 1000加工时间 min Tc lm Vf 32 切削速度 切削区域的热量积屑瘤切削轻快 变形加工效率 1 刀具的种类和材质2 刀具的直径3 被加工工件的材质4 机床及刀具系