金屬切削刀具的基本知識

1、第二章第二章 制造工藝裝備制造工藝裝備第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削刀具的基本知識金屬切削刀具的基本知識一.金屬切削加工的基本概念金屬切削加工：金屬切削加工： 金屬切削加工是利用刀具從工件待加工金屬切削加工是利用刀具從工件待加工表面上切去一層多余的金屬，從而使工件達表面上切去一層多余的金屬，從而使工件達到規(guī)定的幾何形狀、尺寸精度和表面質量的到規(guī)定的幾何形狀、尺寸精度和表面質量的機械加工方法機械加工方法。 一一. .金屬切削加工的基本概念金屬切削加工的基本概念n金屬切削加工分為鉗工和機械加工（簡稱機工）金屬切削加工分為鉗工和機械加工（簡稱機工）兩部分。兩部分。q鉗工鉗工n 一般時通過工人手持工具進行切削

2、加工的。鉗工一般時通過工人手持工具進行切削加工的。鉗工加工方式多種多樣，使用的工具簡單、方便靈活，加工方式多種多樣，使用的工具簡單、方便靈活，是裝配和修理工作中不可缺少的加工方法。是裝配和修理工作中不可缺少的加工方法。 q機工機工n主要是通過工人操縱機床來完成切削加工的。其主要是通過工人操縱機床來完成切削加工的。其主要加工方法有車削、鉆削、銑削、刨削、磨削等，主要加工方法有車削、鉆削、銑削、刨削、磨削等，所用的機床分別為車床、鉆床、銑床、刨床、磨床所用的機床分別為車床、鉆床、銑床、刨床、磨床等。等。 1. 切削運動與切削用量切削運動與切削用量n為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須有相為了切除

3、多余的金屬，刀具和工件之間必須有相對運動，即切削成形運動（簡稱切削運動）。切對運動，即切削成形運動（簡稱切削運動）。切削運動可分為主運動和進給運動。削運動可分為主運動和進給運動。主運動和進給運動主運動和進給運動1. 切削運動與切削用量切削運動與切削用量（1 1）主運動）主運動n含義含義：使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最：使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最基本運動，主運動的速度最高，所消耗的功率最大。基本運動，主運動的速度最高，所消耗的功率最大。1. 切削運動與切削用量切削運動與切削用量（2 2）進給運動）進給運動n進給運動是不斷地把被切削層投入切削，以逐漸進給運動是不斷地把被切削層投

4、入切削，以逐漸切削出整個表面的運動。進給運動一般速度較低，切削出整個表面的運動。進給運動一般速度較低，消耗的功率較少。消耗的功率較少。 1. 切削運動與切削用量切削運動與切削用量n主運動和進給運動合成的運動稱為合成切削運動主運動和進給運動合成的運動稱為合成切削運動。合成切削方向為切削刃選定點相對于工件的瞬時合成切削方向為切削刃選定點相對于工件的瞬時合成切削運動的方向。合成切削運動的方向。 2 2切削時的工件表面切削時的工件表面n在切削過程中，工件上通常在切削過程中，工件上通常存在以下三個表面存在以下三個表面 (1)(1)待加工表面：待加工表面：工件上即將工件上即將被切除的表面。被切除的表面。(

5、2)(2)已加工表面：已加工表面：工件上經(jīng)刀工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。具切削后形成的表面。(3)過渡表面（加工表面）過渡表面（加工表面）：工件上被切削刃正在切削著工件上被切削刃正在切削著的表面。它總是處在待加工的表面。它總是處在待加工表面與已加工表面之間。表面與已加工表面之間。 切削時的工件表面切削時的工件表面視頻視頻3 3切削用量三要素切削用量三要素 n切削速度切削速度v vc c，進給量進給量f(f(或進給速度或進給速度v vf f) )和和背背吃刀量吃刀量a ap p切切削用量三要素削用量三要素。n切切削用量三要素削用量三要素是調整刀具與工件相對運動是調整刀具與工件相對運動速度和相對

6、位置所需的工藝參數(shù)。速度和相對位置所需的工藝參數(shù)。 切削用量三要素視頻切削用量三要素視頻（1 1）切削速度切削速度n 切削刃選定點相對切削刃選定點相對于工件的主運動的瞬于工件的主運動的瞬時速度，計算公式為：時速度，計算公式為：q旋轉運動：旋轉運動：nvc=d n/1000vc=d n/1000q往復運動往復運動：n v = 2Lnr /1000 q單位：單位：(m/s 或或 m/min)3 3切削用量三要素切削用量三要素 （2）進給量）進給量f、進給、進給速度速度vf和每齒進給量和每齒進給量fzn進給量進給量f f：工件或刀具工件或刀具每轉一周時，刀具與每轉一周時，刀具與工件在進給運動方向工件

7、在進給運動方向上的相對位移量，單上的相對位移量，單位為（位為（mm/rmm/r）。）。n進給速度進給速度vf：在切削在切削刃選定點相對于工件刃選定點相對于工件進給運動的瞬時速度，進給運動的瞬時速度，單位為（單位為（mm/s或或mm/min）。）。 3 3切削用量三要素切削用量三要素 n每齒進給量每齒進給量fz：n對于銑刀、鉸刀、拉刀、齒對于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在輪滾刀等多刃切削工具，在它們進行工作時，還應規(guī)定它們進行工作時，還應規(guī)定每一個刀齒的進給量，即后每一個刀齒的進給量，即后一個刀齒相對于前一個刀齒一個刀齒相對于前一個刀齒的進給量，單位是的進給量，單位是mmz(毫毫米

8、齒米齒) 。 進給速度進給速度 vf=n f = n fz z （mm/s 或或 mm/min)3 3切削用量三要素切削用量三要素 n對于外圓車削和刨削，對于外圓車削和刨削，背吃刀量為工件上已背吃刀量為工件上已加工表面和待加工表加工表面和待加工表面之間的垂直距離。面之間的垂直距離。n車削外圓時車削外圓時nap = (dw-dm)/2p = (dw-dm)/2 3 3切削用量三要素切削用量三要素 例題：例題： 車外圓時工件加工前直徑為車外圓時工件加工前直徑為62mm，加工后直徑為，加工后直徑為56mm，工件轉速為，工件轉速為4r/s，刀具每秒鐘沿工件軸向移動，刀具每秒鐘沿工件軸向移動2mm，工件

9、加工長度為工件加工長度為110mm，切入長度為，切入長度為3mm，求，求v、f、ap和和切削工時切削工時t 。解：解： v =dn/1000 = 624/1000 = 0.779 m/sf = vf /n = 2/4 = 0.5 mm/rap = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mmt =(l+l1+l2)/ vf =(110+3+0)/2=56.5 s3 3切削用量三要素切削用量三要素 4 4切削層參數(shù)切削層參數(shù)由切削刃正在切削的這一層金屬叫作切削層由切削刃正在切削的這一層金屬叫作切削層。切削層。切削層的截面尺寸稱為切削層參數(shù)。它決定刀具切削部分所的截面尺寸稱為切削層參數(shù)。它決定

10、刀具切削部分所承受的負荷和切屑尺寸的大小，通常在基面承受的負荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr內度量。內度量。 （1） 切削厚度切削厚度 ac (s= 0)垂直于過渡表面測量的切削層尺寸垂直于過渡表面測量的切削層尺寸. . ac f sinr （2） 切削寬度切削寬度 aw沿過渡表面測量的切削層尺寸沿過渡表面測量的切削層尺寸 aw ap/sinr（3）切削層面積）切削層面積 Ac ( = 0) Ac ac aw f apr r4 4切削層參數(shù)切削層參數(shù) 二、刀具角度二、刀具角度n金屬切削刀具的種類很多，要使刀具能夠切除材金屬切削刀具的種類很多，要使刀具能夠切除材料，刀具必須具有正確的角度。料，

11、刀具必須具有正確的角度。 （一）刀具切削部分的組成（一）刀具切削部分的組成三面三面 前刀面前刀面A 后刀面后刀面A 副后刀面副后刀面A 兩刃兩刃 主切削刃主切削刃 S 副切削刃副切削刃 S一尖一尖 其他刀具可看作是車刀的演變和組合其他刀具可看作是車刀的演變和組合（二）定義刀具角度的參考系（二）定義刀具角度的參考系q1 1刀具標注角度參刀具標注角度參考系考系 q設計制造測量角度時的設計制造測量角度時的基準基準（1 1）基面）基面PrPr（2 2）切削平面切削平面P Ps s：1刀具標注角度參考系（3）切削刃剖平面切削刃剖平面 v正交平面正交平面Po：n通過主切削刃上選定通過主切削刃上選定點，垂直

12、于基面和切點，垂直于基面和切削平面的平面。削平面的平面。n正交平面參考系正交平面參考系: :n基面、切削平面和正基面、切削平面和正交平面組成標注刀具交平面組成標注刀具角度的正交平面參考角度的正交平面參考系系正交平面參考系視頻正交平面參考系視頻1刀具標注角度參考系v 法平面法平面P Pn n :過切削刃上選定點并垂直于主切削刃的平面過切削刃上選定點并垂直于主切削刃的平面v 進給平面進給平面Pf :垂直于基面平行于進給方向的平面垂直于基面平行于進給方向的平面 v 切深平面切深平面Pp :垂直基面和假定工作平面的平面垂直基面和假定工作平面的平面 2 2刀具工作角度參考系刀具工作角度參考系（三）刀具的

13、標注角度（三）刀具的標注角度n前角前角 0： 前刀面前刀面基面（正基面（正交平面）交平面）n后角后角 0 ：主后刀面：主后刀面切削切削平面（正交平面）平面（正交平面）n主偏角主偏角 r ：主刃投影：主刃投影假定假定進給方向（基面）進給方向（基面）n副偏角副偏角 r ：主刃投影：主刃投影假假定進給方向（基面）定進給方向（基面）n刃傾角刃傾角 s ：主刃：主刃基面（切基面（切削平面）削平面）（三）刀具的標注角度（三）刀具的標注角度刀具幾何角度視頻刀具幾何角度視頻（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作角度1.1.橫向進給運動的影響橫向進給運動的影響2arctanf oe=o oe=o tanf /d當

14、進給量當進給量f一定時，一定時，隨隨 d 值值值值，接近中心接近中心oe為負值。為負值。 當當 f值值橫車時橫車時 f 不宜過大，不宜過大，并應適當加大并應適當加大o2.2.軸向進給運動的影響軸向進給運動的影響wrdfsinarctan oe=o oe=o tan tanf sinr f sinr/(dw)f 或或dw時，時，f、均均車削右螺紋時左側刃應車削右螺紋時左側刃應o(左左 8右右2 )右刃應右刃應o車右螺紋時左側刃車右螺紋時左側刃 fe=ff fe=ff tanff /dw3.安裝高度的影響安裝高度的影響222/costanhdhwrpe=pppe=p p tanph/2 22 2w

15、 w) )2 2( (h hd d oe=o oe=o tan tanp cosr假定車刀假定車刀s0,刀尖高于工件中心刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，若刀尖低于工件中心，角度變化與上述相反角度變化與上述相反4.刀桿中心線偏斜的影響刀桿中心線偏斜的影響 = +G = - Gr rre rer rre re = -G = +Gr rre rer rre re三、刀具材料高的硬度高的硬度 ：比工件高：比工件高(2-4倍），倍），HRC60高的耐磨性：高的耐磨性：耐磨性是硬度、耐磨性是硬度、 組織組織 結構及結構及化學性能等的綜合反映?；瘜W性能等的綜合反映。足夠的強度和韌性：足夠的強度和韌性：不

16、崩刃，不斷裂不崩刃，不斷裂高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）：高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）：高溫時可以加工高溫時可以加工良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能：良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能：熱傳導熱傳導系數(shù)大，除敵人良多，線膨脹系數(shù)小。系數(shù)大，除敵人良多，線膨脹系數(shù)小。良好的工藝性能：良好的工藝性能： 鍛造性能、磨削性能、鍛造性能、磨削性能、熱處理性能等，刀具制造成本低熱處理性能等，刀具制造成本低1. 刀具材料應具備的性能2. 2. 高速鋼高速鋼常用刀具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、常用刀具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼高速鋼、硬質合金硬質合金、陶瓷、金剛石、立方炭化硼等。、陶瓷、金剛石、立方炭化硼等。2.高速

17、鋼高速鋼n含有較多鎢、鉬、烙、釩等元素的高合金工具鋼。含有較多鎢、鉬、烙、釩等元素的高合金工具鋼。n較高的硬度（熱處理硬度達較高的硬度（熱處理硬度達HRC6267HRC6267）和耐熱性（）和耐熱性（切削溫度可達切削溫度可達550600550600）n切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高1313倍（因此而倍（因此而得名），刀具耐用度高得名），刀具耐用度高10401040倍，甚至更多倍，甚至更多n可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的材料可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的材料n制造工藝簡單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃在復制造工藝簡單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃在復

18、雜刀具（鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具雜刀具（鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等）的制造中占有重要地位等）的制造中占有重要地位2. 2. 高速鋼高速鋼（1 1）通用型高速鋼（）通用型高速鋼（含碳量含碳量0.70.70.9%0.9%，626266 HRC66 HRC） 鎢系高速鋼鎢系高速鋼 W18Cr4VW18Cr4V W14Cr4MnREW14Cr4MnRE 鉬系高速鋼鉬系高速鋼 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 高溫塑性好高溫塑性好 主要用于一般材料的常規(guī)加工，速度不高于主要用于一般材料的常規(guī)加工，速度不高于50m/min.50m/min.（2 2）高性能高速鋼（）高性能高

19、速鋼（增加碳量釩量，添加鈷鋁等增加碳量釩量，添加鈷鋁等666670HRC70HRC） 9 9W18Cr4V W6Mo5Cr4VW18Cr4V W6Mo5Cr4V3 3 W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2Co8Co8 W W2 2MoMo9 9Cr4Cr4VCo8VCo8 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2AlAl W W1010MoMo4 4Cr4VCr4V3Al3Al 主要用于難加工材料的加工，加工普通材料可達主要用于難加工材料的加工，加工普通材料可達90m/min.90m/min.（3 3）粉末冶金化，表面處理及涂層等）粉末冶金化，表面處理及涂層等2. 2. 高速鋼高速鋼 3

20、. 3. 硬質合金硬質合金3. 3. 硬質合金硬質合金n用高耐熱性和高耐磨性的用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物金屬碳化物（碳化鎢，（碳化鎢，碳化鈦，碳化鉭，碳化鈮等）與碳化鈦，碳化鉭，碳化鈮等）與金屬粘結劑金屬粘結劑（鈷，鎳，鉬等）在高溫下燒結而成的粉末冶（鈷，鎳，鉬等）在高溫下燒結而成的粉末冶金制品。金制品。n硬度：硬度：HRA89-93，能耐，能耐850-1000C的高溫，良的高溫，良好的耐磨性，切速可達好的耐磨性，切速可達100-300m/min，可加工，可加工包括淬硬鋼在內的多種材料，包括淬硬鋼在內的多種材料，n廣泛應用廣泛應用n硬質合金的抗彎強度低，沖擊韌性硬質合金的抗彎強度低，沖擊

21、韌性 差，不鋒利，較難加工，不易做成差，不鋒利，較難加工，不易做成 形狀復雜的整體刀具形狀復雜的整體刀具 3. 3. 硬質合金硬質合金n常用的硬質合金有鎢鈷類（常用的硬質合金有鎢鈷類（YG類），鎢鈦鈷類），鎢鈦鈷類（類（YT類）和通用硬質合金（類）和通用硬質合金（YW類）類）3類類分分類類 YG (K) 類類 YT (P)類類 YW (M)類類短切屑黑色金屬短切屑黑色金屬 加工長切屑的加工長切屑的 鋼材、鑄鐵等鋼材、鑄鐵等有色金屬非金屬有色金屬非金屬 黑色金屬黑色金屬 有色金屬非金屬有色金屬非金屬 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co 常用硬質合金牌號及應用范

22、圍常用硬質合金牌號及應用范圍牌 號應 用 范 圍YG3硬度、 抗彎耐磨 強度、性、 韌性、切削 進給速度 量鑄鐵、有色金屬、高溫合金的精、半精加工，無沖擊YA6冷硬鑄鐵、淬硬鋼、有色金屬及合金的精、半精加工YG6X鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精、半精加工，YG6鑄鐵、有色金屬、高溫合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬、高溫合金粗加工，可用于斷續(xù)切削YT30硬度、 抗彎耐磨 強度、切削 韌性、速度 進給碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳鋼、合金鋼連續(xù)切時粗、半精加工，斷續(xù)切精加工YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YW1同 上高強度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的精、半精加工YW2高強度鋼

23、、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的半精與粗加工YN05同 上碳鋼、合金鋼的高速精車，系統(tǒng)剛性好的細長軸精車YN10碳鋼、合金鋼、淬硬鋼連續(xù)表面的精加工4. 涂層刀具和其它刀具材料n涂層刀具：n耐用度至少可提高13倍（刀片），或210倍（高速鋼）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。n 涂層硬質合金涂層硬質合金石油管螺紋梳刀石油管螺紋梳刀涂層火車輪箍刀、涂層涂層火車輪箍刀、涂層不重磨硬質合金刀片不重磨硬質合金刀片CVD涂層模具涂層模具PVD涂層高速鋼齒輪涂層高速鋼齒輪滾刀、銑刀、鉆頭滾刀、銑刀、鉆頭PVD涂層模具涂層模具PCVD涂層刀具涂層刀具n陶瓷材料：n在1200C時可保持HRA80的硬度，脆n人造金剛石

24、：n極高的硬度（顯微硬度可達HV10000）和耐磨性，摩擦系數(shù)小，切削刃非常鋒利。很高的加工表面質量n熱穩(wěn)定性較差（不得超過700800），與鐵元素的化學親和力很強，不宜加工鋼鐵件。加工硬質合金n立方氮化硼：n硬度熱穩(wěn)定性很高（可達13001400C）n最大的優(yōu)點：在高溫（12001300C）時也不易與鐵族金屬起反應。4. 涂層刀具和其它刀具材料立方氮化硼產品立方氮化硼產品立方氮化硼刀片立方氮化硼刀片切削刀具用立方氮化硼刀片切削刀具用立方氮化硼刀片五、刀具角度的選擇1.選擇前角選擇前角 0 02.選擇后角選擇后角o3.選擇主偏角選擇主偏角r和副偏角和副偏角 r4.選擇刃傾角選擇刃傾角 s 應當

25、指出，刀具各角度之間是相互聯(lián)系，相互影響的，孤立地選擇某一角度并不能得到所希望的合理值。1. 前角0（1）影響）影響n 增大前角切削難易程度增大前角切削難易程度n 前角，使刀刃變得鋒利，使切削更輕快，切前角，使刀刃變得鋒利，使切削更輕快，切屑變形屑變形 ，切削力和切削功率，切削力和切削功率 n增大前角刀具壽命增大前角刀具壽命n 前角，刀刃和刀尖強度前角，刀刃和刀尖強度 ，散熱體積，散熱體積 ，影響刀具壽命。影響刀具壽命。1. 前角0n主要取決于：主要取決于：工件材料工件材料、刀具材料刀具材料、加工要求加工要求n工件強度、硬度較低時，取較大的前角，反之取較小的工件強度、硬度較低時，取較大的前角，

26、反之取較小的前角；前角；n加工塑性材料（如鋼）選較大的前角，脆性材料（如鑄加工塑性材料（如鋼）選較大的前角，脆性材料（如鑄鐵）選較小的前角。鐵）選較小的前角。n刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反之刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反之（如硬質合金）則前角應選得小一些。（如硬質合金）則前角應選得小一些。n粗加工時，特別是斷續(xù)切削時，應選用較小的前角；精粗加工時，特別是斷續(xù)切削時，應選用較小的前角；精加工時應選用較大前角。加工時應選用較大前角。n硬質合金車刀的前角硬質合金車刀的前角0 0在在5 52020范圍內選，高范圍內選，高速鋼刀具的前角應比硬質合金刀具大速鋼刀具的前角應比硬質合金刀具大5 51010，而陶，而陶瓷刀具的前角一般取瓷刀具的前角一般取5 51515。（2）選擇前角02. 后角on后角的主要功用后角的主要功用：n