机械制造技术基础课件

第2章制造工艺装备金属切削刀具机床机床夹具1熊良山等编《机械制造技术基础》课件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2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ap3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4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=fap5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Aγ主后刀面Aα副后刀面主切削刃S副切削刃S’刀尖6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7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Pp8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）9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10华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作图2-9横横向向进进给给运运动动的的影影响响（四四））刀刀具具的的工工作作角角度度11华中中科科技技大大学学机机械械科科学学与与工工程程学学院院熊熊良良山山制制作作轴向向进进给给运运动动的的影影响响12华中中科科技技大大学学机机械械科科学学与与工工程程学学院院熊熊良良山山制制作作安装装高高度度的的影影响响13华中中科科技技大大学学机机械械科科学学与与工工程程学学院院熊熊良良山山制制作作刀杆杆中中心心线线偏偏斜斜的的影影响响14华中中科科技技大大学学机机械械科科学学与与工工程程学学院院熊熊良良山山制制作作2.1.3刀刀具具材材料料加工工时时要要承承受受高高温温、、高高压压、、强强烈烈的的摩摩擦擦，，冲冲击击和和振振动动。。1.刀刀具具材材料料应应具具备备的的性性能能高的的硬硬度度：比比工工件件高高，，>HRC60高的的耐耐磨磨性性：：耐用用度度足够够的的强强度度和和韧韧性性：：不崩崩刃刃，，不不断断高的的耐耐热热性性（（热热稳稳定定性性））：：高温温时时可可以以加加工工良好好的的热热物物理理性性能能和和耐耐热热冲冲击击性性能能良好好的的工工艺艺性性能能：：刀具具制制造造成成本本低低15华中中科科技技大大学学机机械械科科学学与与工工程程学学院院熊熊良良山山制制作作常用用刀刀具具材材料料有有碳碳素素工工具具钢钢、、合合金金工工具具钢钢、、高高速速钢钢、、硬硬质质合合金金、、陶陶瓷瓷、、金金刚刚石石、、立立方方氮氮化化硼硼等等。。2.高高速速钢钢表2-1含有有较较多多钨钨、、钼钼、、烙烙、、钒钒等等元元素素的的高高合合金金工工具具钢钢较高高的的硬硬度度（热热处处理理硬硬度度达达HRC62——67））和和耐热热性性（切切削削温温度度可可达达550——600ºº））切速速比比碳碳素素工工具具钢钢和和合合金金工工具具钢钢高高1——3倍倍（（因因此此而而得得名名）），，刀刀具具耐耐用用度度高高10——40倍倍，，甚甚至至更更多多可以以加加工工从从有有色色金金属属到到高高温温合合金金的的范范围围广广泛泛的的材材料料制造工艺艺简单，，能锻造造，容易易磨出锋锋利的刀刀刃在复杂刀刀具（钻钻头、丝丝锥、成成形刀具具、拉刀刀、齿轮轮刀具等等）的制制造中占占有重要要地位。。用途分：：通用型高高速钢和高性能高高速钢制造工艺艺分：熔炼高速速钢和粉末冶金金高速钢钢16华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作3.硬质质合金(表2-2)用高耐热热性和高高耐磨性性的金属碳化化物（碳化钨钨，碳化化钛，碳碳化钽，，碳化铌铌等）与与金属粘结结剂（钴，镍镍，钼等等）在高高温下烧烧结而成成的粉末末冶金制制品。硬度：HRA89-93，能能耐850-1000ºC的的高温，，良好的的耐磨性性，切速速可达100-300m/min，，可加工工包括淬淬硬钢在在内的多多种材料料。广泛应用用硬质合金金的抗弯弯强度低低，冲击击韧性差，不锋锋利，较较难加工工，不易易做成形状复杂杂的整体体刀具。。常用的硬硬质合金金有钨钴钴类（YG类）），钨钛钛钴类（（YT类类）和通通用硬质质合金（（YW类类）3类类。17华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作4.涂涂层刀具具和其它它刀具材材料涂层刀具具：耐磨性高高的难熔熔金属化化合物耐用度至至少可提提高1——3倍（（刀片）），或2—10倍（高高速钢））。加工工材料的的硬度愈愈高，效效果愈好好。人造金刚刚石：在高温高高压下由由石墨转转化而成成极高的硬硬度（显显微硬度度可达HV10000）和耐耐磨性，，摩擦系系数小，，切削刃刃非常锋锋利。很很高的加加工表面面质量。。陶瓷材料料：以氧化铝铝为主要要成分，，经压制制而成在1200°C时可保保持HRA80的硬度度，脆。。热稳定性性较差（（不得超超过700～800℃℃），与与铁元素素的化学学亲和力力很强，，不宜加加工钢铁铁件。加加工硬质质合金。。立方氮化化硼：由六方氮氮化硼在在高温高高压下转转变而成成硬度热稳稳定性很很高（可可达1300——1400°C）。。最大的优优点：在在高温（（1200—1300°C））时也不不易与铁铁族金属属起反应应。18华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作2.1.4CVD金金刚石切切削刀具具激光焊接金刚石圆锯片人造金刚石单晶寿命相当当于硬质质合金刀刀具的100倍倍以上加工特性性：刀刃强度度高，能能承受较较单晶金金刚石刀刀具更高高的冲击击载荷。。磨耗小，，耐用度度比硬质质合金高高100倍以上上，性能能优于PCD刀刀具。可可以多次次修磨，，反复使使用。用单晶金金刚石刀刀具的研研磨方法法将刃部部精细研研磨抛光光至Ra≤0.05um,被被加工工工件表面面可达到到镜面光光。热导率>5W/cmK。。热稳定性性好，最最高工作作温度800℃℃。19华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作2.1.5刀刀具角度度的选择择1.选择择前角g02.选择择后角αo3.选择择主偏角角κr和副偏角角κ´r4.选择择刃倾角角ls应当指出出，刀具具各角度度之间是是相互联联系，相相互影响响的，孤孤立地选选择某一一角度并并不能得得到所希希望的合合理值。。20华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作1.前前角g0影响：切削的难难易程度度-很大。。↖前前角，使使刀刃变变得锋利利，使切切削更轻轻快，切切屑变形形↘，切切削力和和切削功功率↘↖前角，，刀刃和和刀尖强强度↘，，散热热体积↘↘，影影响刀具具寿命。。对表面面粗糙度度，排、、断屑等等有一定定的影响响21华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作选择前角角g0主要取决决于：工件材料料、刀具材料料、加工要求求工件强度度、硬度度较低时时，取较较大的前前角，反反之取较较小的前前角；加工塑性性材料（（如钢））选较大大的前角角，脆性性材料（（如铸铁铁）选较较小的前前角。刀具材料料韧性好好（如高高速钢）），前角角可选得得大些，，反之（（如硬质质合金））则前角角应选得得小一些些。粗加工时时，特别别是断续续切削时时，应选选用较小小的前角角；精加加工时应应选用较较大前角角。硬质合金金车刀的的前角γγ0在－5°°～＋20°范范围内选选，高速速钢刀具具的前角角应比硬硬质合金金刀具大大5°～～10°°，而陶陶瓷刀具具的前角角一般取取－5°°～15。22华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作2.后后角αo后角的主主要功用用：减小后后刀面与与工件的的摩擦和和后刀面面的磨损损，其大大小对刀刀具耐用用度和加加工表面面质量都都有很大大的影响响。大小取决于：：切削厚度度（或进进给量）），也与工件材料料，工艺系统统的刚性性有关。车削一般般钢和铸铸铁时，，车刀后后角常选选用4°°～6°°。23华中科技技大学机机械科学学与工程程学院熊熊良山制制作3.主主偏角κκr和副偏角角κ´r影响：主偏角和和副偏角角对刀具耐用用度影响很大大。减小小主偏角角和副偏偏角刀尖角增增大，刀刀尖强度度提高，，散热条条件改善善，刀具具耐用度度提高。。降低残留留面积高高度，减减小加工工表面的的粗糙度度。主偏角和和副偏角角还会影影响各切切削分力力的大小小和比例例。主偏角取取值：在在工艺系系统刚性性较好时时，主偏偏角κr宜取较小小值，如如κr=30