刀具基础技术培训01

,0,500,1,000,1,500,2,000,2,500,3,000,3,500,4,000,高速钢,硬质合金,金属陶瓷,陶瓷,立方氮化硼CBN,金刚石PCD,一般刀具材料抗拉强度N/mm,高速钢刀具材料,高速钢是一种量大面广的刀具材料。由于高速钢具有许多独特的优点：如强度高，韧性好，性能比较稳定，工艺性好，能制作成各种形状和尺寸，特别是大型复杂刀具等，因而始终保持其在刀具材料中的特殊地位。高速钢作为传统刀具材料，虽属老领域，但新的钢种开发及应用研究仍长盛不衰，在继续发展。其方向主要遵循两条原则，即寻找更价廉或供应更可靠的合金元素以及如何进一步提高钢种的综合力学性能。,切削刀具用硬质合金分类及标志,切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标识的六大类，分别以字母P、M、K、N、S、H表示。分类的主要依据是加工材料的化学元素含量、结构、硬度和导热性能。,每一类中的各个牌号分别给以一个0150之间的数字，表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用。根据使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在P10和P20之间插入P15，K20和K30之间插入K25等，但不能多于一个。,硬质合金是一种主要由不同的碳化物和粘结相组成的粉末冶金产品。硬质合金很硬。其主要碳化物有：-碳化钨(WC)-碳化钛(TiC)-碳化钽(TaC)-碳化铌(NbC)在大部分情况下，钴作为粘结相使用。,硬质合金切削材料,在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。硬质合金的分类根据ISO标准进行。这种分类的依据是工件的材料类别(P,M,K)。不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、孔加工、螺纹加工、切槽等。,常用镀层材料,碳化钛(TiC)高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。氮化钛(TiN)的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩擦系数。碳氮化钛(TiCN)是在单一的TiC晶格中，氮原子?(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成的复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有TiC和TiN的综合性能，其硬度(特别是高温硬度)高于TiC和TiN，因此是一种较理想的刀具镀层材料。氧化铝(Al2O3)在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝相比。但由于氧化铝与基体材料的物理、化学性能相差太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想的镀层刀具。铝氮化钛(TiAlN)在切削过程中铝氧化而形成Al2O3，从而起到抗氧化和抗扩散磨损作用，但其抗氧化性能比单一的Al2O3镀层稍差，因为TiAlN中形成的Al2O3在切削过程中边生成边磨掉。但在高速切削时，其效果优于不含铝的TiCN镀层。,常用镀层材料性能,CVD方法,化学气相沉积可以定义为一种材料合成方法。这种方法使气相的几种组成成分反应并在一些表面上形成一固体膜。CVD系统中的化学反应可划分为还原、氧化、水解、热解等，是在低压CVD反应器中实现的。沉积反应几乎永远是一种不均匀的多相反应。,特点：1）10000(C)涂层温度提高了生产率2）5-15微米厚度3）多涂层,优点：1）涂层强度和附着力好2）50%100%提高了切削速度3）多至400%地提高了刀具寿命4）提高了抗热冲击性,CVD化学涂层,SV300-带氧化物（陶瓷）的多层涂层,用于常规粗加工和精加工SV325在中等粗加工至半精加工（尤其是断续切削时），有着突出的表现。先进的多涂层（TiCN/Al2O3/TiN)附加在含钴丰富的基底上，给予SV325近乎完美的韧性，光滑表面和抗积屑瘤组合，使之在其应用范围内具有极好的耐磨能力。SV325是大范围钢材和铸铁加工的最佳选择。,轻度粗加工至中高速精加工SV315是针对较大切削速度和进给量范围的轻度粗加工至中高速精加工而设计。它有着多涂层（TiCN/Al2O3/TiN)和较硬，更抗塑性变形含钴丰富的基底。使之在高速加工时有着较好的表现。它在钢材，不锈钢，铸铁和可锻及球墨铸铁加工方面表现出色。,轻度粗加工至高速精加工SV310可应用于较多材料的轻度粗加工至高速精加工。它有着多涂层（TiCN/Al2O3/TiN)和高抗塑性变形的基底。使之具有耐磨，抗月牙洼磨损以及表面光滑和抗积屑瘤的特点，SV310是高速车削和镗削铸铁和所有钢材的极佳选择,PVD方法,物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程，例如钛。物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积、溅射、离子镀三种将固态镀层材料气化的方法。由于PVD工艺温度低，不会降低硬质合金刀片自身的强度，刀片刃部可磨得十分锋利，从而可降低机床的功率消耗。,特点：1）牌号的选择覆盖了大多数的应用情况2）薄的氮化钛TiN涂层，厚度在2-4微米之间3）400(C)的涂层温度4）提高生产率5）摩擦系数小,优点：比非涂层硬质合金刀片的刀具寿命高出15。刃口锋利刃口牢固性较好。比非涂层硬质合金的刀片的切削速度提高100%。抗月牙洼磨损和积屑瘤,PVD物理涂层,断续切削，装夹和机床刚性差，机床转速低，大进给，大切深,氮化钛物理涂层，重度粗加工牌号，好的耐磨性和韧性,TiAlN物理涂层，重度粗加工牌号，好的耐磨性和韧性,断续切削，装夹和机床刚性差，机床转速低，大进给，大切深,切削条件,牌号,分类,工业标准,定义,MTCVD中温化学涂层,特点800(C)涂层温度更好的抗裂纹扩散能力碳氮化钛TiCN比化学涂层更光滑。,优点韧性更好可用于大进给的加工在可锻铸铁，不锈钢和高温合金方面表现出色。,MTCVD中温化学涂层,牌号,说明,性能,应用,MTCVD中温化学涂层硬质合金TiCN/Al2O3涂层精细颗粒基底抛光表面,MTCVD中温化学涂层硬质合金TiCN/Al2O3/TiN涂层含钴丰富的基底抛光处理的刃口,高速加工的牌号极好的耐磨性提高的韧性提高的抗积屑瘤,轻度加工的牌号极好的耐磨性抗暴口能力提高的抗积屑瘤,铸铁：灰口，可锻，球墨，粉末金属精加工，半精加工和常规加工连续和轻度断续切削,钢材：碳钢，合金钢，工模具钢精加工和半精加工连续切削,钢材：碳钢，合金钢，工模具钢精加工，半精加工和常规加工连续和断续切削,铸铁：灰口，可锻，球墨半精加工，常规加工和轻度粗加工连续和中度断续切削,未镀层硬质合金材料和镀层硬质合金材料的比较,未镀层可转位刀片这种刀片通过挤压、烧结和修磨成形。优点：可提供切削刃十分锋利的刀片（因为切削刃不带镀层）缺点：切削值只可能降低，耐用度小。磨损不易被发现。,镀层可转位刀片由于带镀层，刀片实现了下列两者的统一：韧性：为镀层刀片的耐磨性不高。耐磨性：因带镀层，刀片变得耐磨。优点：能达到较高的切削值，耐用性较好，磨损易识别。缺点：刀片不可能具有很锋利的刀刃，因为刀刃带有镀层。刀片虽然价格较高，但经济性强。,立方氮化硼CBN,氮化硼的化学组成和石墨非常相似,颜色为白色，晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气中，人造金刚石在800时即碳化，而立方氮化硼可耐13001500的高温，甚至在1500时也不发生相变。聚晶立方氮化硼在1400仍然保持其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率.,金刚石材料,碳元素被组成两种不同的晶格形式,密排六方晶格的软石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金刚石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于河流沉积物中。金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。人造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最硬物质，其硬度接近于10,000HV，而硬质合金的硬度仅为1,0601,800HV）。金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合金和不锈钢但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多细小的金刚石晶粒（直径约在1100m之间）聚合而成的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。,刀具几何参数(车削),车削的定义，车削切削三要素,车削加工就是工件旋转做主运动，刀具做轴向和径向进给运动。线性切削速度Vc,切深ap和每转走刀量f是车削三要素。Vc:m/min米/分钟ap:mm毫米fr(fn):mm/r毫米/转,车削三要素与刀具寿命,影响车刀片寿命的原因有切削热，摩擦和切削抗力，这三者随着切削速度的增加而加剧最为强烈。,切削温度,热能在工件、切屑及刀具里的分布取决于加工条件，对其影响较大的为切削速度、切削厚度、刀片的几何形状及刀片的磨损程度。对较高速的切削，大约80%90%的热量被切屑带走。对工件来讲有三个热源，剪切面、切屑从工件上断裂所做的功、后刀面的摩擦。这些热源占切削总热量的5%15%。,车削三要素与刀具寿命,通常：切削速度增加20%刀片磨损增加50%；走刀量增加20%刀片磨损增加20%；切深增加50%刀片磨损增加20%。,但事物总有正反两面，在正确的参数范围之内，线速度Vc增加，使得工件塑性变形程度减少、切削温度增加，能减少材料的加工硬化深度、降低材料的硬度,提高刀具寿命.在正确的参数范围之内,加大进给量f,能减少刀具与工件的摩擦路程,提高刀具寿命.在加工铸铁锻件等毛坯料时,加大切深ap,能减少刀尖与硬表皮的摩擦,提高刀具寿命.,工件的机械性能对刀具寿命的影响,刀尖圆弧与进给量f的关系,r(mm)0.40.81.21.62.4fn(mm/min)0.120.150.250.50.360.70.51.00.71.6通常粗车的刀尖圆弧半径选择r=1.21.6mm,进给量选择刀尖半径的1/2.,刀尖圆弧半径与切深(ap)/进给量(f)的关系,apr(加工钢/铜/铝)r(加工铸铁)=20mm2.4mm3.2mm一般来说r=ap/8取大值r=ap/4取大值r=2fr=4f,最大和最小切深,最小切深为1/3刀尖圆弧半径,最大切深由三个因素决定,切削基本概念,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(同义词：加工表面)-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。,刀具结构要素,前面(同义词：前刀面)-刀具上切屑流过的表面。后面(同义词：后刀面)与工件上切削中产生的表面相对的表面。主后面(同义词：主后刀面)-对着过渡表面。副后面(同义词：副后刀面)-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。,刀具角度参考系,车刀的标注角度,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。主偏角r-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r-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。,前角的影响,大前角的优点：切削力小切削热小能抑制积屑瘤不易振动大前角的缺点：刀头强度低散热体积小弯曲应力，易造成崩刃不易断屑,a拉应力b压应力,从金属切削的变形规律可知，前角是切削刀具上重要几何参数之一，它的大小直接影响切削力、切削温度和切削功率，影响刃区和刀头的强度与散热体积，从而然响刀具耐用度和切削加工生产率。选择合理的前角，是刀具设计的重要问题,后角的影响,大后角的优点：减少磨擦，提高加工表面质量钝圆半径值小，切削刃锋利VB相同时磨损体积大，提高刀具耐用大后角的缺点：相同磨损体积时NB大，精加工不宜采用刀头强度低散热体积小,后角也是刀具上主要的几何参数之一，它的数值合理与否直接换响加工表面的质量、刀具耐用度和生产率。后角的主要功用是减小后刀面与加工表面之间的摩擦。,主偏角的影响,主偏角大的优点：减少吃刀抗力，减小工艺系统的弹性变形和振动易于断屑孔加工有利于切屑沿轴向顺利排出主偏角大的缺点：表面粗糙度差切削负荷集中，容易磨损进给抗力大刀头强度低散热体积小,f,ap,不论是主偏角、副偏角、过渡刃偏角或其他切削刃的偏角，它们的共同功用是使刀具的各条切削刃有合理的分工、联结与配合，保证合理的刃形和切削图形，同时保证刀尖部位具有一定的强度和散热体积、选择合理的主偏角、副偏角和其他切削刃偏角，可以提高加工表面质量，提高刀具耐用度和生产率。,正前角=+50to+70,刀片被夹持在刀杆上，刀尖向上，必须要有后角，以免刀片下部与工件摩擦。这些称为正前角刀杆和正前角刀片。,中性=00,在刀杆和刀片向前伸出时，需要有后角。,负前角=-50to-70,刀杆使刀片刀尖向下，使刀片底部离开工件。此时，刀片不需要后角。（您可使用刀片的双面，得到双倍