金属切削原理与刀具

1、第五章第五章 车刀与车削加工技术车刀与车削加工技术 车刀是机械加工中应用最广的一种刀具，车刀的种类很多，各具有不同的结构特点。如何根据加工要求合理选择车刀，这就是本章我们主要学习的知识。知识目标知识目标掌握车刀的种类和用途掌握车刀的结构特点掌握典型材料的车削加工技术技能目标技能目标能根据加工要求合理选择车刀和切削用量参数5.1 车刀的种类与用途车刀的种类与用途 车刀是金属切削加工中使用最广的刀具，也是研究铣刀、刨刀、钻头等其他切削刀具的基础。 车刀种类很多，具体可按用途和结构分类。1. 按用途分类按用途分类 车刀按用途可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀和切槽刀、螺纹车刀、内孔车刀等 1) 外圆车

2、刀。主要用于车削圆柱形或圆锥形外表面。主偏角45的车刀，既可以车外圆，也可以车端面和倒角；主偏角75的强力车刀，用于大切深和大进给的车外圆；主偏角90的车刀，用来车削外圆、阶台和端面，还可以车细长轴；主偏角93的车刀，主要用于车削细长轴 2) 端面车刀。专门用于车削工件的端面。 3) 切断刀和切槽刀。用来切断工件或在工件上切沟槽。4) 螺纹车刀。用来车螺纹。5) 内孔车刀。用来车削工件的内孔。图 5-1 车刀类型和用途 a）75偏头外圆车刀 b）90偏头端面车刀 c）45偏头外圆车刀 d）90偏头外圆车刀 e）93偏头仿形车刀 f ) QC系列切槽刀,切断刀g)机夹式切断刀 h)75内孔车刀

3、i)90内孔车刀 j)外螺纹车刀 k)内螺纹车刀2. 按结构分类按结构分类 车刀按结构可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹式车刀和可转位车刀4种类型。图5-2 车刀的结构型式）整体式 ）焊接式 ）机夹式 ）可转位式5.2 焊接式车刀焊接式车刀5.2.1 焊接式车刀的概念及特点焊接式车刀的概念及特点1. 焊接车刀的概念焊接车刀的概念与其他形式的刀具相比，焊接车刀的结构简单、紧凑，刚性好，制造方便。通过刃磨可获得比较理想的形状和角度，使用灵活。焊接时易产生热应力，降低了硬质合金刀片的强度，致使车刀工作时易出现崩刃、碎裂等现象。车刀的性能取决于操作者的刃磨质量，且刃磨时产生的高温在刀具冷却时也会产生内

4、应力，从而降低刀具的抗弯强度。刀杆不能重复使用，材料消耗较大。 焊接车刀是由一定形状的刀片(一般是硬质合金刀片)和刀杆(一般选用45钢)通过焊接连接而成。焊接车刀是目前车刀中应用较为广泛的刀具2. 焊接车刀的特点焊接车刀的特点5.2.2 硬质合金刀片的型号硬质合金刀片的型号1. 硬质合金刀片的型号硬质合金刀片的型号 硬质合金刀片除应正确选择材料的牌号外，还应合理选择型号。我国目前采用的硬质合金刀分为A、B、C、D、E 5类，刀片型号由1个字母和3位数字组成。字母和第1位数字代表刀片的形式，后两位数字表示刀片的主要尺寸。例如：2. 硬质合金刀片的形状硬质合金刀片的形状常见的刀片形状，其主要适用场

5、合如下：3. 刀片的合理选择刀片的合理选择 刀片形状的选择依据车刀的用途及主、副偏角的大小；刀片尺寸选择时主要考虑刀片的长度，长度L一般为切削宽度的1.62倍，刀片厚度S要根据切削力的大小决定，切削面积越大，工件材料强度越高，刀片的厚度必须相应的增大；车槽车刀的刃宽不应大于工件的槽宽；切断车刀的宽度B，可根据直径d估算，经验公式为B=0.6 d4. 刀槽的形状和尺寸刀槽的形状和尺寸常用的刀槽形状有开口槽、半封闭槽、封闭槽和切口槽四种，如图：图- 刀槽的形式）开口槽 ）半封闭槽 ）封闭槽 ）切口槽开口槽：制造简单，焊接面积最小，刀片内应力小，适用于A1、C3、C4、B1、B2型刀片。半封闭槽：刀

6、片焊接面积大，刀片焊接牢靠。制造时只能用立铣刀单件加工，生产效率低。适用于A2、A3、A4、A5、A6、B3和D1型刀片。封闭槽、切口槽：刀片焊接面积最大，刀片焊接牢靠。焊接后，刀片内应力大，易产生裂缝。适用于C1刀片。5. 车刀刀柄与刀头形状和尺寸车刀刀柄与刀头形状和尺寸 刀柄横剖面形状有矩形、正方形和圆形三种，其中以矩形刀柄应用最多。 刀头形状可分为直头和偏头两种。直头结构简单，制造方便；偏头通用性好，能车外圆和端面。图- 常用焊接式车刀）直头外圆车刀）90偏头外圆车刀）45偏头车刀）切断车刀5.3 机夹式车刀机夹式车刀1. 机夹式车刀的特点机夹式车刀的特点 机夹式车刀是将标准硬质合金刀片

7、用机械夹固的方法安装在刀杆的刀槽中，刀片磨损后可卸下，经过刃磨后又重新装上继续使用。这类车刀具有如下特点： 1) 刀片不需要焊接，避免了因焊接引起的硬质合金硬度降低，提高了刀具耐用度。 2) 由于刀具耐用度的提高，且换刀时间缩短，从而提高了生产效率。 3) 刀杆可重复使用，刀片可重磨次数多，从而降低了生产成本。2. 机夹式车刀的常用结构形机夹式车刀的常用结构形式式常用机夹式车刀的夹紧结构有上压式、自锁式和弹性压紧式图- 机夹式车刀夹紧结构形式）上压式 ）自锁式 ）弹性压紧式图- 上压式切断车刀和内、外螺纹车刀）切断车刀 ）外螺纹车刀 ）内螺纹车刀上压式：如切断车刀，内、外螺纹车刀都采用上压式，

8、并一般都采用V形槽底的刀片，以防止切削时受力后，刀片发生转动。自锁式：可调切断直径的机夹式切断刀，采用压制成形的断屑槽刀片，其槽形能使切屑变窄(如下图)，避免切屑卡死在槽内而使刀片折断。根据切断工件直径，可调节刀板在刀夹中伸出距离。一般径向进给时，才推荐自锁式夹紧结构。c) 弹性压紧式：若需径向进给加工时，一般推荐采用弹性压紧式，例如仿形加工和越程槽加工等，所用的刀片见下图：图- -系列刀片）切断刀片 ）切槽刀片 ）仿形加工刀片5.4 可转位式车刀可转位式车刀5.4.1 可转位式车刀的概念及特点可转位式车刀的概念及特点1. 可转位式车刀的概念可转位式车刀的概念 可转位式车刀就是将压制有合理的几

9、何参数、断屑槽型、装夹孔和具有数个切削刃的多边形刀片，用夹紧元件、刀垫，以机械夹固方法，将刀片夹紧在刀体上。当刀片的一条切削刃磨钝后，只需将夹紧机构松开，将刀片转一个角度，换另一个新切削刃重新夹紧后便可继续切削，当所有切削刃用钝后，换一块新刀片即可继续切削，不需要更换刀体。图-10 可转位车刀的组成杠杆螺杆刀垫卡簧刀片刀柄2. 可转位式车刀的特点可转位式车刀的特点可转位车刀与焊接式车刀相比，具有如下特点：刀片不需焊接、刃磨，提高了刀具耐用度，减少了换刀时间，可提高劳动生产率，保证加工精度，减轻工人劳动强度。刀杆可重复使用，节省了材料，提高了刀片的利用率，降低了生产成本。有利于刀具的标准化和集中

10、生产，可充分保证刀具的制造质量。1) 在烧结刀片前可在刀片上压制各种形状的断屑槽，以实现可靠的断屑。5.4.2 可转位式车刀刀片的型号及表示方法可转位式车刀刀片的型号及表示方法 可转位刀片是可转位车刀的切削部分，也是可转位车刀最关键的部件，其形状、几何尺寸、制造精度和结构种类繁多，合理选用可转位刀片是使用可转位车刀的重要内容。1. 可转位刀片型号表示规则可转位刀片型号表示规则 可转位刀片的型号由代表一定意义的字母和数字代号按一定顺序排列所组成，共有10个号位，任何一个型号刀片都必须标注前7位代号，后3个代号在必要时才标注。但对于车刀刀片，第10号位属于标准要求标注的部分，不论有无第8、9两个号

11、位，第10号位都必须用短横线”-”与前面号位隔开，并且其字母不得使用第8、9号位已经使用过的字母。图-11 可转位车刀刀片标记方法示例5.4.3 可转位式车刀刀片的夹固形式可转位式车刀刀片的夹固形式2. 可转位刀片典型夹紧形式可转位刀片典型夹紧形式杠杆式夹紧：当旋进压紧螺钉时，杠杆受力摆动，杠杆上端的柱形面将刀片压向刀槽两定位侧面并紧固。刀垫用弹簧套定位，松开刀片时，刀垫借弹簧套的张力保持原来的位置不会移动。 这种夹紧形式定位准确，受力合理，夹紧稳定可靠，刀片转位或更换迅速、方便，排屑流畅，但杠杆制造困难。适用于中、轻型负荷的切削加工。1. 夹固结构的基本要求夹固结构的基本要求 2) 楔块式夹

12、紧：楔块式夹紧的结构如图所示，利用圆柱销定位，通过压紧螺钉将楔块下压使楔块侧面将刀片压紧。弹簧垫圈可以防止螺钉松动，并当螺钉松开时，抬起楔块。 这种夹紧形式结构简单，夹紧可靠，但定位精度较低，适用于强力切削。 3) 上压式夹紧：对于不带孔的刀片，特别是带后角的刀片，则需采用上压式夹紧，其结构如图所示。利用桥型压板或鹰爪形压板通过螺钉从上面将刀片夹紧。 这种夹紧形式的夹紧力与切削力方向一致，夹紧可靠；结构简单，刀片转位和装卸方便，制造容易；刀片在刀槽内能两面靠紧，可获得较高的刀尖位置精度。但压板会妨碍切屑的流出；夹固元件易被损伤；刀头体积大，影响操作。 4) 偏心式夹紧：偏心式夹紧的结构如图所示

13、。它以螺钉作为转轴，螺钉上端为偏心圆柱销，偏心量为e。当转动螺纹偏心销时，偏心销就可以将刀片夹紧在刀槽内并且自锁。 这种夹紧形式结构简单，使用方便，切屑流出顺畅，但定位精度不高，夹紧力较小。适用于中、小型车床上连续切削的精加工和半精加工。5.4.4 可转位式车刀的合理使用可转位式车刀的合理使用 可转位刀具是一种先进刀具。推广可转位刀具，一方面是提高刀具的设计制造质量，扩大品种；另一方面，正确合理地使用也是非常重要的。 1) 刀片的夹紧：在紧固可转位刀片是，用力不要过大，以免损坏刀片和夹紧元件；紧固时应切实保证刀片与各定位面贴紧，不得有缝隙、切屑等杂物。 2) 刀尖圆弧半径r的选择：一般原则是，

14、粗加工时取大些， r=0.52mm；精加工时取小些， r=0.20.5mm。 3) 刀刃的修磨：基本原则是刀具材料越硬、越脆或工件材料的硬度、强度越高时，刀具的修磨参数越大；进给量越大，修磨参数也应越大。 4) 磨钝标准VB：制定合理的磨钝标准和寿命是合理使用可转位车刀的一个重要措施。其刀片的VB值可取得大些，一般取VBh(h为刀片相对刀槽的高出量)。目前，一般设计都取h=0.5mm。 5) 切削用量的选择：进给量f的最大值不宜超过刀尖圆弧半径的3/4，同时f还应大于切削刃钝圆半径n的3倍和负倒数棱宽度b1的(0.31.2)倍；背吃刀量ap的选择应使主切削刃有效切削长度不大于刀片刀刃边长的(1

15、/22/3)；切削速度vc应略高于焊接刀具切削速度的10%。6) 可转位车刀的几何角度的选择： 可转位车刀几何角度形成）刀片角度 ）刀槽角度 ）车刀角度5.5 其他车刀简介其他车刀简介5.5.1 超硬材料车刀超硬材料车刀1. 超硬材料车刀分类超硬材料车刀分类超硬材料车刀包括：金刚石车刀和立方氮化硼车刀两种。金刚石车刀：可分为天然单晶金刚石车刀、人造聚晶金刚石车刀和聚晶金刚石复合刀片车刀3种。1) 立方氮化硼车刀：可分为聚晶烧结体和复合刀片两种。2. 超硬材料车刀的刀片夹固方式超硬材料车刀的刀片夹固方式1) 机械夹固式：2) 焊接或粘接式：3) 复合式：4) 可转位式：3. 超硬材料车刀的切削用

16、量与几何参数选择超硬材料车刀的切削用量与几何参数选择金刚石车刀的切削用量与几何参数选择：单晶金刚石车刀的后角一般取58；前角一般取负值；主偏角一般取3090，多采用45。2) 立方氮化硼车刀：车削淬硬钢和高强度铸铁时的几何参数的选取5.5.2 成形车刀成形车刀 成形车刀(又称样板车刀)是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形需要根据加工零件的廓形来设计计算确定。1. 成形车刀的特点成形车刀的特点 成形车刀与普通车刀相比具有加工精度稳定、生产效率高、刀具使用寿命长、刀具制造成本较高等特点，一般用于成批或大量生产中。2. 成形车刀的种类成形车刀的种类 成形车刀按加工时的进刀方向，可分为径向、轴向和切

17、向3类，其中以径向成形车刀使用最为广泛。 径向成形车刀按其结构和形状的不同，又可分为平体成形车刀、棱体成形车刀和圆体成形车刀3类。1) 平体成形车刀：2) 棱体成形车刀：3) 圆体成形车刀：5.6 难加工材料的切削性能和加工技术难加工材料的切削性能和加工技术 难加工材料有高强度钢、淬火钢、不锈钢、高锰钢、高温合金、冷硬铸铁、钛合金等。对于难加工材料的切削加工，合理选择刀具的材料、几何参数和切削用量非常重要。5.6.1 不锈钢的切削性能和加工技术不锈钢的切削性能和加工技术不锈钢按其成分可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。1. 不锈钢的切削性能不锈钢的切削性能不锈钢的相对加工性指标Kr为0.30.5

18、，属于难加工材料。切削力大切削温度高容易粘刀和形成积屑瘤1) 切屑不易卷曲和折断2. 不锈钢的加工技术不锈钢的加工技术刀具材料。应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。 高速钢刀具 硬质合金刀具2) 刀具几何参数5.6.2 淬火钢的切削性能和加工技术淬火钢的切削性能和加工技术 淬火钢是指将钢材经淬火热处理后得到的组织为马氏体，硬度大于50HRC的钢。它在难切削材料中占有相当大的比重。淬火钢的加工，以前人们认为它硬度高只能磨削。现在由于刀具材料技术的不断发展，以车削代替磨削也习以为常了，生产效率也得到了成倍的增加。1. 淬火钢的切削性能淬火钢的切削性能切削力大刀刃易崩碎、

19、刀具磨损快不易产生积屑瘤2. 淬火钢的加工技术淬火钢的加工技术刀具材料 硬质合金刀具 复合陶瓷刀具 立方氮化硼复合片刀具。选用DLS-F等牌号 切削淬火钢最好的刀具材料是立方氮化硼，其次是复合陶瓷，再其次是新牌号硬质合金2) 刀具几何参数 刀具的前角应选零度和负值。断续切削时，应选较大的负前角；后角应比一般刀具的后角大一些；刃倾角为负值时，可以增大刀尖强度。主偏角与副偏角均应取小值，刀尖圆弧半径应取大一些。在合理选好几何参数的基础上，必须经过仔细刃磨和研鐾，以提高刀具各表面的刃磨质量，使刀具耐用度得到提高。3) 切削用量 切削速度 背吃刀量 进给量5.6.3 高温合金的切削性能和加工技术高温合金的切削性能和加工技术 高温合金又称耐热合金或热强合金，具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能，能够在高温氧化气氛或燃气条件下工作，广泛应用于航天、航空和各种热处理设备。高温合金按生产工艺分为变形高温合金和铸造高温