刀具技术培训讲义

1、刀具技术培训,2007年3月1日,培训提纲,1、机床概述 2、高速加工定义及要求 3、刀柄系统 4、刀具材质及涂层 5、刀具的分类 6、刀具加工工艺 7、如何选择刀具 8、加工参数的选定 9、刀具磨损 10、常见问题处理,机床,分类： 高速铣床： 主轴转速S18,000rpm以上 最高已达30,00060,000rpm 主轴功率：十几至几十千瓦 直线工作进给速度：2040m/min 采用直线电机的驱动速度在60120m/min,普通、组合、数控,普通机床、高速机床,车床、铣床、镗床、钻床,高速切削,定义：根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削指切削速度超过传统

2、切削速度5-10倍的切削加工 。 切削速度：根据加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削的切削速度范围也不同。高速切削包括高速铣削，高速车削，高速钻孔，高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削。目前，加工铝合金已达到 2,000-7,500m/min；铸铁为900-5,000m/min；钢为 600-3,000m/min；耐热镍基合金达500m/min；钛合金达150-1,000m/min；纤维增强塑料为 2,0009,000m/min。 高速切削的优点： 切削力降低 工件热变形减少 有利于保证零件的尺寸、形位精度 提高加工表面质量高 工艺系统振动减小 显著提高材料切除率 加工成本降低,高速切削的

3、应用领域（一）, 航空航天 主要是解决零件大余量材料去除、薄壁件加工、高精度、难加工材料和加工效率等问题，特别是整体结构件高速切削，既保证了零件质量，又省去了许多装配工作；如：飞机的蜂窝结构件必须采用高速铣削技术才能保证加工质量，梁、框、壁板等零件加工余量特别大，高速铣削可提高生产率，发动机的叶片采用高速铣削可解决材料难加工问题,高速切削的应用领域（二）,模具行业 模具业中大部分模具均适用高速铣削技术，高速硬切削可加工硬度达5060HRC的淬硬材料，因而取代了部分电火花加工，并减少了钳工修磨工序，缩短了模具加工周期；高速铣削石墨和铜可获得高质量的电火花加工电极；高速铣削也适用于模具的快速原型制

4、造。,高速切削的应用领域（三）,汽车行业 高速切削已广泛应用于汽车大规模生产，如：汽车发动机的孔加工刀具，汽车连杆、曲轴等锻模、汽车覆盖件的冲压模和汽车车身模具，高速切削可以大大提高生产效率，降低生产成本。,高速切削的关键因素,高速切削机床 具有高主轴转速、高动态的进给驱动，大的功率，主轴和床身良好的刚性，优良的吸振特性和隔热性能，快速的CNC 控制性能，可靠的安全防护等等。 高速切削刀具 具有良好的耐磨性和高的强度韧性的先进刀具材料，优良的刀具涂层技术，合理的几何结构参数，高度动平衡的刀具系统，安全可靠的夹紧方式，高同心度的刀刃精度质量等等。 高速切削工艺 工艺 优化的高速加工参数，合适高速

5、切削的加工走刀方 式，专门的CAD/CAM编程策略，充分冷却润滑并具有环保特性的冷却方式等等。,刀柄系统（柄部形式）,BT,HSK,NT,Morse,刀柄系统,头部形式 钻夹头 莫氏锥孔夹头 攻螺纹夹头 镗刀夹头 弹簧夹头 侧固式夹头 热缩式夹头 液压式夹头 动平衡夹头,弹簧夹头,ER螺帽,ER筒夹,刀柄,拉钉,液压夹头,热缩式夹头,弹簧夹头、液压夹头及热缩夹头性能对照表,刀具材质应具备的特性,刀具在工作时要承受很大的压力和冲击力，同时，由于切削时产生的金属塑性变形以及在刀具、切削、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力，因此，作为刀具材料应具备以下特性

6、： 高的硬度刀具材料必须具备高于被加工材质的硬度，一般刀具材料的常温硬度都在HRC62以上； 高的耐磨性耐磨性是刀具抵抗磨损的能力，是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映； 足够的强度和韧性为能承受很大的压力以及冲击和振动，刀具材料应具备足够的强度和韧性为能承受很大的压力以及冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示； 高的耐热性耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能； 良好的热物理性能和耐热冲击性； 良好的工艺性指的是锻造性能、热处理性能、高温塑性变形以及磨削加工性能等； 经济性经济性是刀具材料的重要指标之一。,刀具材

7、质种类,工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷（Al2O3） 超硬刀具材料金刚石和立方氮化硼（CBN）。,硬质合金,硬质合金是由难熔金属碳化物（WC、TiC）和金属粘强剂Co的粉末在高温下烧结而成的。硬质合金可分为碳化钨基和碳（氮）化钛基两大类，我国最常用的碳化钨基硬质合金有钨钴类（YG类）、钨钴钛类（YT类）和钨钛铌类。 ISO对硬质合金分为： P：(蓝)钢 P20相当于YT14 M：(黄)不锈钢 M10相当于YW1 K：(红)铸铁 K10相当于YG6X N：铝 S：耐热合金及钛合金 H：淬硬材料 M类合金为通用合金,刀具涂层,涂层 物理（PVD）化学（CVD） 涂层温度300500 涂层温度900

8、1100 涂覆物薄，保证刀具精度 涂覆物厚，涂层温度高，刀具易变形 涂层性能不受基体材料影响 沉积速度快，容易控制 涂层纯度高，致密性好 粘附力强，可获得较厚涂层 工作过程干净，无污染 涂层成本低，适合大量生产 通过涂层在硬质合金基体上涂覆一薄层耐磨性高的难熔性金属化合物，在 保证刀具韧性的前提下提高其耐磨性，也是解决刀具材料发展中一对矛盾 的很好方法。,物理涂层的种类,刀具的结构,刃部（切削部分）,柄部（装夹部分）,刀具刃部形式和柄部形式,柄部形式 直柄莫氏锥柄削平柄 刃部形式 直角铣刀直角锥度球头锥度倒R角直角倒锥,刀具分类（结构）,刀具分类（加工要求）,粗加工,半精加工,精加工,大去除量

9、,一般型状与精度 或为精加工作准备,精度 型状 光洁度（粗糙度）,韧性,硬度,耐冲击,耐磨损,刀具分类（加工类型简图）,刀具分类（加工类型）,1、孔加工：钻扩镗铰攻丝 主要使用刀具：钻头铰刀镗刀扩孔钻铣铰刀锪钻丝锥 2、面加工： 主要使用刀具：套式铣刀盘铣刀立铣刀 3、槽加工：键槽T型槽燕尾槽锥度槽 主要使用刀具：键槽铣刀T型槽铣刀燕尾槽铣锥度铣刀 4、侧加工：型腔加工 主要使用刀具：立铣刀倒R角铣刀球头铣刀 5、仿形加工：曲线曲面 主要使用刀具：球头铣刀倒R角铣刀,刀具加工工艺（整体）,刀具加工工艺（焊接）,刀具的选择（工件）,1、工件材料,工件材 料认定,黑色金属,非金属,有色金属,钢、不

10、锈钢、铸铁,铜、铝、高温合金,石墨、玻璃纤维等,并认定各种材料的硬度,刀具的选择（加工类型及要求）,2、加工类型及精度要求,加工类型,加工精度及表面粗糙度,孔加工面铣槽铣侧铣仿形铣,粗加工半精加工精加工,切削工艺 刀路设计 切削条件,刀具的选择（加工工艺）,顺铣逆铣,机床装夹冷却,普通机床数控机床,普通高速,风冷油冷,顺铣与逆铣,顺铣,逆铣,刀具的旋转方向与工件的进给方向一致，切削量由多至少,刀具的旋转方向与工件的进给方向相反，切削量由少至多,逆铣切削温度较高，导致刀具磨损较快。因此，推荐整体硬质合金刀具选择顺铣为佳。,刀具的选择（公司刀具的认识）,1、材料 根据被加工材质硬度的不同，将钢件加

11、工的整体硬质合金刀具分为：P、H、S三类，其次有专用的铝、铜加工刀具A类、石墨加工刀具G类及D3柄微径刀具M类；,刀具的选择（公司刀具的认识）,焊接刀具根据被加工材质的不同，选用不同类型的刀片材质。加工铸 铁及有色金属（如铝合金、镁合金及铜）、非金属材料选用K30材质刀片； 加工钢件选用P30材质刀片；加工耐热合金、不锈钢选用M20材质刀片。 2、精度,刀具的选择（公司刀具的认识）,焊接铣刀：直柄柄部直径 h8；刃部直径 js14；跳动0.02mm。 3、铣削方向 整体硬质合金铣刀除六刃高硬、超硬不带中心切削刃，即：不能钻铣外， 其余均带有中心切削刃，可以钻铣；,刀具切削参数的计算,1、切削参

12、数中的基本术语 Ae=切削宽度/径向切削深度（横吃刀量）（mm） Ap=切削深度/轴向切削深度（背吃刀量）（mm） Dc=刀具刃径 （mm） fz=每齿进给量 （mm） f=每转进给量 （mm/rev） Z=齿数 N=转数 （rev/min） Q=金属切除率 （cm3/min） Vc=切削速度 （m/min） F=进给速度 （mm/min）,刀具切削参数的计算,2、切削参数的基本计算公式： 转速：N（rev/min） N= 切削速度：Vc（m/min） Vc=,Vc1000Dc,NDc1000,刀具切削参数的计算,进给速度（mm/min） F=NZfz 每转进给量（mm/rev） f=Zfz

13、金属切除率（cm3/min） Q=,AeApF1000,刀具切削参数的计算,3、仿形铣的切削速度及转数切削速度：Vc（m/min）Vc= 转速：N（rev/min）N=有效刃径：Dw（mm） Dw=2Ap（Dc-Ap）,NDw1000,Vc1000Dw,刀具使用中的观察与保护,听 看 用,切削声音,工件铁屑刀具,装夹收藏,表面粗糙度,颜色、形状,崩刃、磨损,掉刀、空间,避免跌、碰,刀具磨损,1、刀具磨损的形态 刀具切削时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。如：刀具磨损、崩刃、碎断、剥落、裂纹等。刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。 刀具磨损主要分为：前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损 2、刀具正常磨损的原因 机械磨损：工件材料中硬质点的刻划作用； 热、化学磨损：刀具与工件材料接触到原子间距时产生的结合现 象，也叫粘结磨损；刀具与工件两摩擦面的化学 元素互相向对方腐蚀引起的磨损，也叫扩散磨损 在切削温度下，刀具材料与空气中的氧发生化学 反应引起的磨损，也叫氧化磨损。