乌职院车工工艺与技能训练课件03车刀

模块三车刀教学目的：了解刀具材料的性能，常用刀具的材料；掌握刀具的主要角度、刀具几何角度的选择，掌握刀具的磨损和刃磨。教学重点：刀具角度对总切削力和切削温度的影响，刀具角度的合理选择。教学难点：刀具的几何角度常用刀具材料应具备的性能较高的硬度：刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。足够的强度（抗弯强度）：能承受切削力、内应力不致崩刃和断裂。足够的韧性：能承受切削力的反力冲击和振动。较好的耐磨性：能抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间。较高的耐热性：在较高的温度下能保持较高的硬度强度和耐磨性。较好的工艺性：可加工可刃磨可焊接可热处理常用刀具材料的种类和用途碳素工具钢：含碳量为0.7%-1.2%的优质钢。合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量Cr、W、Mn、Si等元素形成合金工具钢。高速钢：是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。硬质合金钢：由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占50%）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、拉刀、齿轮刀具等。具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，很少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。人造聚晶金刚石：立方氮化硼：车刀的种类和用途外圆车刀：90o车刀，车削外圆、端面和台阶。端面车刀：45o车刀，车削外圆、端面和倒角。切断刀：车槽和切断。内孔车刀：成形车刀：螺纹车刀：硬质合金可转位车刀组成：刀杆、刀片、刀垫和夹紧装置可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作。可转位刀具的优点：与焊接车刀相比，可转位车刀具有下述优点:（1）刀具寿命高由于刀片避免了由焊接和刃磨高温引起的缺陷,刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具寿命。（2）生产效率高由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。（3）有利于推广新技术、新工艺可转位刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。（4）有利于降低刀具成本由于刀杆使用寿命长，大大减少了刀杆的消耗和库存量，简化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。可转位车刀刀片的夹紧特点与要求：（1）定位精度高：刀片转位或更换新刀片后，刀尖位置的变化应在工件精度允许的范围内。（2）刀片夹紧可靠：应保证刀片、刀垫、刀杆接触面紧密贴合，经得起冲击和振动，但夹紧力也不宜过大，应力分布应均匀，以免压碎刀片。（3）排屑流畅：刀片前面上最好无障碍，保证切屑排出流畅，并容易观察。（4）使用方便：转换刀刃和更换新刀片方便、迅速。对小尺寸刀具结构要紧凑。在满足以上要求时，尽可能使结构简单，制造和使用方便。车刀的主要角度车刀的组成：

车刀由刀体和刀柄两部分组成，刀体担负着切削任务，因此也叫切削部分。刀柄的作用是把车刀装夹在刀架上，外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其定义分别为（1）前刀面

刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的面）。（2）主刀后面

刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。（3）副刀后面

刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。（4）主切削刃

前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃

前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。

（6）刀尖

主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。刀具标注角度参考系（辅助平面）

1

）基面pr：通过切削刃某一点，垂直于假定主运动方向的平面。2）

切削平面ps：通过切削刃某一点，与工件加工表面（或与主切削刃）相切的平面。切削平面ps与基面pr垂直。3)

主截面P0：通过切削刃某一点，同时垂直于切削平面ps与基面pr的平面。4)

副截面Pn：通过切削刃某一点，垂直于切削刃的平面。5)

进给剖面Pf：通过切削刃某一点，平行于进给运动方向并垂直于基面pr的平面。6)

背平面Pp：通过切削刃某一点，同时垂直于进给剖面Pf与基面pr的平面。

车刀的主要角度标注前

角γo：在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。后

角αo：在主剖面P0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。主偏角κr：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。副偏角κr‘：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。刃倾角λs：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，λs=0；刀尖为主切削刃最低点时，λs〈0；刀尖为主切削刃上最高点是，λs〉0，如图示。刀具角度的合理选择前角的选择：前角是刀具上最重要的角度之一，增大前角，切削刃锋利，切削变形小，切削力小，切削轻快，切削温度低，刀具磨损小和加工表面质量高，但过大前角刀头强度降低，切削温度高，刀具磨损加剧，刀具耐用度低。（1）根据工件材料选择：加工塑性金属材料前角较大；加工脆性材料时前角较小。材料的强度、硬度越高，前角越小；材料的塑性越大，前角越大。（2）根据刀具材料选择，高速钢刀具抗弯强度好，抗冲击韧性高，可选较大前角；硬度合金材料抗弯强度较高速钢低，故前角较小。陶瓷刀具材料前角应更小。（3）根据加工要求选择。粗加工时选择较小前角，精加工时前角应大些，加工成型表面的刀具，前角应小些以减少刀具的刃形误差。后角的选择：增大后角，可减少后面与切削表面间摩擦，减小切削刃钝圆弧半径，可提高表面质量。但同时使刀具强度降低，散热条件变差。选择后角的原则是在不产生较大摩擦的条件下，应适当减小后角。（1）根据加工精度选择：精加工时为保证加工质量，后角取较大8～12°，粗加工时，要提高刀具强度，后角应取较小6～8°。（2）根据加工材料：加工塑性材料，已加工表面的弹性恢复大，后角应取大值。加工脆性材料后角取小值。主、副偏角的选择：减小主、副偏角，刀头强度增高，散热条件好，加工表面粗糙度小，但背向力增大，易使工件或刀杆发生变形，引起工艺系统振动。减小主偏角使得切削厚度和切屑厚度减小而导致断屑效果差。因此，在加工工艺系统刚性满足的条件下，应选较小主偏角；加工高强度、高硬度材料时为提高刀具强度寿命，应选较小主偏角，在出现带状切屑时，应考虑加大主偏角。副偏角大小主要影响已加工表面粗糙度，选择的原则是，在不影响摩擦和振动的条件下应选择较小副偏角。刃倾角的选择：刃倾角可控制切屑流向：当＞0°时，切屑流向待加工表面；＜0°时切屑流向已加工表面；=0°切屑沿主剖面方向流出。增大可增加实际工作前角和刃口锋利程度，可提高加工质量。选用负刃倾角，可提高刀具强度，改变刀刃受力方向，提高刀刃抗冲击能力，但过大负刃倾角会使背向力增大。一般钢、铸铁精加工时选择0～+5°，粗加工时0～－5°。在加工高硬质、高强度金属，加工断续表面或有冲击载荷时取负刃倾角－5°～－15°。刀具角度对总切削力和切削温度的影响对总切削力和切削温度影响最大的是前角和主偏角：前角适当增大能减小切削变形，排屑较顺利，使总切削力减小；主偏角对总切削力影响较小，但对进给力和背向力的分配比例影响较明显。前角适当增大可降低切削温度，减小主偏角可改善散热条件降低切削温度。切削用量的选择在确定了刀具几何参数后，还需选定切削用量参数才能进行切削加工。目前许多工厂是通过切削用量手册，实践总结或工艺实验来选择切削用量。制定切削用量时应考虑加工余量，刀具耐用度、机床功率、表面粗糙度、刀具刀片的刚度和强度等因素。１、粗车切削用量的选择：对于粗加工，在保证刀具一定耐用度前提下，要尽可能提高在单位时间内的金属切除量，提高切削用量都能提高金属切削量，但是考虑到切削用量对刀具耐用度的影响程度，所以，在选择粗加工切削用量时，应优先选用大的背吃刀，其次选较大的进给量，最后根据刀具耐用度选定一个合理的切削速度，这样选择可减少切削时间，提高生产率。背吃刀量应根据加工余量和加工系统的刚性确定。２．精加工切削用量的选择：选择精加工或半精工切削用量的原则是在保证加工质量的前提下，兼顾必要的生产率。进给量根据工件表面粗糙度的要求来确定。精加工时切削速度的切削速度应避开积屑瘤区，一般硬质合车刀采用高速切削。

车刀的磨损及刃磨车刀磨损的形式:前面磨损：磨损主要发生在刀具的前面，在高速和较大的切削厚度切削塑性金属时，易产生月牙洼磨损（前面磨损）。后面磨损：磨损主要发生在与切削刃邻近的后面上，在低速和较切削厚度切削塑性金属及切削脆性金属时，后刀面上的磨损明显痕迹。前、后面同时磨损：在中等切削用量切削塑性金属的情况下，易产生前面和后面的同时磨损。车刀的磨损过程（1）初期磨损阶段：刃磨后的刀具由于表面粗糙度值大，表面层组织不耐磨，所以刚开始切削阶段磨损较快。（2）正常磨损阶段：刀具经过初期磨损阶段，很快在刀具后刀面上磨出一条较窄的磨损带，使接触面积增大，单位面积上的压力减小，磨损减慢。这个阶段是刀具工作的有效期间，使用刀具时不应超出这个阶段。（3）急剧磨损阶段：刀具正常磨损以后如不及时刃磨，就会使摩擦力增大，切削温度上升，刀具很快变钝失去切削能力，使用刀具一定要避免这一阶段。刀具的磨钝标准刀具从开始切削到不能继续使用为此，在后刀面上的那段磨损、量叫磨钝标准。刀具的磨钝标准也叫刀具的磨损限度。刀具的磨钝标准分粗加工磨钝标准和精加工磨钝标准称经济磨钝标准精加工磨钝标准又称工艺磨钝标准。刀具的耐用度刀具耐用度系指刀具刃磨后开始切削，至磨损量达到磨钝标准的总切削时间。刀具的耐用度高，说明切削性能好。一把新的刀具可经过多次刃磨，直到完全失去切削能力而报废的总切削时间称为刀具的寿命。刀具的寿命等于刀具耐用度乘以刀具刃磨次数。

影响刀具耐用度的因素

切削用量的影响：切削用量增加时，刀具磨损加剧，刀具耐用度降低。切削速度对耐磨度的影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。这与三者对切削温度的影响规律是相同的，实质上切削用量对刀具磨损和刀具耐磨度的影响是通过切削温度起作用的。工件材料的影响：工件材料的强度、硬度、塑性等指标数值越高，导热性越低，则加工时切削温度越高，刀具耐用度就会越低。刀具材料的影响：刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，合理选择刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料是提高刀具寿命的有效途径。刀具几何参数：对刀具耐用度影响较大的是前角和主偏角。增大前角，切削温度降低刀具耐用度提高，但前角太小，刀具强度则弱散热不好，导致刀具耐磨度降低。必须选择与最高刀具耐用度对应的前角角度。减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，可改善散热条件，提高刀具强度和降低切削温度，从而提高刀具的耐用度。刀具耐用度合理确定

刀具耐用度对切削加工的生产率和成本都有直接的影响，不能定的太高或太低，如果定的太高，势必要选择较小的切削用量，从而增加切削加工的时间，导致生产率的下降。如果定的太低，虽然可以采取较大的切削用量，但会使换刀、磨刀或调整机床所用时间增加过多，生产率也会下降。通常确定刀具耐用度的方法有两种：一是最高生产成本耐用度；二是最低生产成本耐用度。确定各种刀具耐用度时，可以按下列准则考虑：（1）简单刀具的制造成本低，故它的耐用度较复杂刀具的低。（2）可转位刀具切削刃转位迅速，更换简单，刀具耐用度可选低一些。（3）

精加工刀具切削负荷小耐用度选的可高一些。（4）

自动加工数控刀具应选较高耐用度。

车刀的刃磨

砂轮的选择:特性由磨料、粒度、硬度、结合剂和组织5个因素决定。磨料：常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系3种。船上和工厂常用的是氧化铝砂轮和碳化硅砂轮。氧化铝砂轮磨粒硬度低(HV2000-HV2400)、韧性大，适用刃磨高速钢车刀，其中白色的叫做白刚玉，灰褐色的叫做棕刚玉。碳化硅砂轮的磨粒硬度比氧化铝砂轮的磨粒高(Hv2800以上)。性脆而锋利，并且具有良好的导热性和导电性，适用刃磨硬质合金。其中常用的是黑色和绿色的碳化硅砂轮。而绿色的碳化硅砂轮更适合刃磨硬质合金车刀。粒度：粒度表示磨粒大小的程度。以磨粒能通过每英寸长度上多少个孔眼的数字作为表示符号。例如60粒度是指磨粒刚可通过每英寸长度上有60个孔眼的筛网。数字越大则表示磨粒越细。粗磨车刀应选磨粒号数小的砂轮，精磨车刀应选号数大(即磨粒细)的砂轮。硬度：砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，即表面磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念，必须区分清楚。