車刀與切削原理

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1、車 刀 與 切 削 原 理 1、 切 斷 刀 ； 2、 90 左 偏 刀 ； 3、 90 右 偏 刀 ； 4、 彎 頭 車 刀 ；5、 直 頭 車 刀 ； 6、 成 型 車 刀 ； 7、 寬 刃 精 車 刀 ； 8、 外 螺 紋 車 刀 ；9、 端 面 車 刀 ； 10、 內 螺 紋 車 刀 ； 11、 內 槽 車 刀 ；12、 通 孔 車 刀 ;13、 盲 孔 車 刀常 用 車 刀 的 種 類 、 形 狀 和 用 途 I1 外 圓 車 刀主 要 用 來 加 工 工 件 的 圓 柱 形 和 圓 錐 形 外 表 面 ； II 直 頭 外 圓 車 刀 ： 車 外 圓 、 外 圓 柱 面 倒 角 ；

2、 III 彎 頭 外 圓 車 刀 ： 車 外 圓 、 車 端 面 、 內 外 圓 柱 面 倒 角 ； IV 主 偏 角 的 偏 刀 ： 加 工 細 長 軸 的 外 圓 、 車 臺 肩 面 。 90r I2 端 面 車 刀專 門 用 于 加 工 工 件 的 端 面 ； II 通 常 ， 有 利 于 加 強 刀 尖 和 提 高 車 刀 耐 用 度 。 90r I 專 門 用 于 切 斷 工 件 ； II 工 作 條 件 不 利 ： 3 切 斷 車 刀i 剛 性 差 ； ii 切 屑 排 出 困 難 ； iii 隨 著 切 斷 的 進 行 ， 實 際 后 角 變 小 。 II 改 善 措 施 ： 兩

3、 個 主 切 削 刃 或 一 個 斜 切 削 刃 。 刀 具 切 削 部 分 的 構 成車 刀 切 削 部 分 的 組 成 要 素 刀 面 前 刀 面后 刀 面副 后 刀 面刀 刃 主 切 削 刃副 切 削 刃刀 尖 車 刀 的 結 構 形 式 1 整 體 式 高 速 鋼 車 刀 ；2 焊 接 式 硬 質 合 金 車 刀 ；I 優(yōu) 點 ： II 缺 點 ： i 結 構 簡 單 、 緊 湊 ； ii 抗 振 性 能 好 ；iii 制 造 方 便 ； 將 一 定 形 狀 的 硬 質 合 金 刀 片 ， 用 黃 銅 、 紫 銅 或 其 他 焊 料 ，釬 焊 在 普 通 結 構 鋼 刀 桿 上 而 成

4、 的 。 iv 使 用 靈 活 。 i 焊 接 和 刃 磨 后 常 常 產 生 內 應 力 ， 易 導致 裂 紋 ； ii 需 要 磨 出 斷 屑 槽 ， 減 少 了 刀 片 的 復 磨次 數(shù) ；iiiiv 不 宜 在 重 型 車 床 上 使 用 。刀 桿 不 能 重 復 使 用 ； 3 機 械 夾 固 式 硬 質 合 金 車 刀 ； I 優(yōu) 點 ：II 缺 點 ： i 不 經 焊 接 ， 避 免 內 應 力 和 裂 紋 ；ii 刀 桿 可 重 復 利 用 ； iii 刀 片 刃 磨 次 數(shù) 增 加 ， 刀 片 利 用 率 高 ；（ 直 接 夾 固 式 ） 將 硬 質 合 金 刀 片 用 機

5、械 夾 固 方 式 平 裝 或 立裝 在 刀 桿 上 而 成 的 。iv 可 用 于 重 型 車 床 。i 無 法 避 免 刃 磨 或 重 磨 產 生 的 內 應 力 和 裂 紋 。 I 優(yōu) 點 ：i 無 需 刃 磨 ；ii 減 少 刃 磨 、 換 刀 、 調刀 所 需 的 輔 助 時 間 ，提 高 了 生 產 效 率 ； 機 夾 可 轉 位 式 硬 質 合 金 車 刀 （ 3） 高 強 度 與 強 韌 性（ 2） 高 耐 磨 性（ ） 有 足 夠 的 強 度 和 韌 性刀 具 材 料刀 具 材 料 需 滿 足 一 些 基 本 要 求 ：（ 1） 高 硬 度（ 4） 紅 硬 性 刀 具 材 料

6、 耐 熱 性是 衡 量 刀 具 切 削性 能 的 主 要 標志 ， 通 常 用 高溫 下 保 持 高 硬 度的 性 能 來 衡 量 ，也 稱 熱 硬 性 （ 1） 高 硬 度 刀 具 是 從 工 件 上 去 除 材 料 ， 所 以 刀 具 材料 的 硬 度 必 須 高 于 工 件 材 料 的 硬 度 。 刀 具 材 料 最 低 硬 度 應 在 60HRC以 上 。 對 于 碳 素 工 具 鋼 材 料 ， 在 室 溫 條 件 下 硬度 應 在 62HRC以 上 ； 高 速 鋼 硬 度 為 63HRC70HRC； 硬 質 合 金 刀 具 硬 度 為 89HRC 93HRC。 （ 2） 高 耐 磨

7、性刀 具 耐 磨 性 是 刀 具 抵 抗 磨 損 能 力 。一 般 刀 具 硬 度 越 高 ， 耐 磨 性 越 好 。刀 具 金 相 組 織 中 硬 質 點 （ 如 碳 化 物 、 氮 化 物 等 ）越 多 ， 顆 粒 越 小 ， 分 布 越 均 勻 ， 則 刀 具 耐 磨性 越 好 。 （ 3） 足 夠 的 強 度 與 韌 性刀 具 材 料 在 切 削 時 受 到 很 大 的 切 削 力 與 沖 擊 力 。 如 車 削 45鋼 ， 在 背 吃 刀 量 ap 4 ， 進 給量 f 0.5 /r的 條 件 下 ， 刀 片 所 承 受 的 切 削力 達 到 4000N， 可 見 ， 刀 具 材 料

8、 必 須 具 有 較 高的 強 度 和 較 強 的 韌 性 。一 般 刀 具 材 料 的 韌 性 用 沖 擊 韌 度 aK表 示 ， 反 映刀 具 材 料 抗 脆 性 和 崩 刃 能 力 。 （ 4） 紅 硬 性 刀 具 材 料 耐 熱 性 是 衡 量 刀 具 切 削 性 能 的主 要 標 志 ， 通 常 用 高 溫 下 保 持 高 硬 度 的 性能 來 衡 量 ， 也 稱 熱 硬 性 。 刀 具 材 料 高 溫 硬 度 越 高 ， 則 耐 熱 性 越 好 ，在 高 溫 抗 塑 性 變 形 能 力 、 抗 磨 損 能 力 越 強 。 （ 5） 良 好 的 工 藝 性 與 經 濟 性 刀 具 不

9、 但 要 有 良 好 的 切 削 性 能 ，本 身 還 應 該 易 于 制 造 ， 這 要 求 刀 具 材 料 有較 好 的 工 藝 性 ， 如 鍛 造 、 熱 處 理 、 焊 接 、磨 削 、 高 溫 塑 性 變 形 等 功 能 。 經 濟 性 也 是 刀 具 材 料 的 重 要 指 標 之 一 ，選 擇 刀 具 時 ， 要 考 慮 經 濟 效 果 ， 以 降 低 生產 成 本 。 刀 具 材 料 的 種 類 與 選 用n 碳 素 工 具 鋼n 合 金 工 具 鋼n 高 速 鋼n 硬 質 合 金n 陶 瓷n 超 硬 刀 具 一 ） 、 普 通 刀 具 材 料1.碳 素 工 具 鋼 含 C%為

10、 0.7-1.3%。 加 工 性 好 、 刃 易 磨 鋒 利 。淬 火 后 HRC61-64， 價 格 低 。 在 200 以 上 失 去 原 有 硬 度 ， 使 刀 刃 燒 損 ，切 削 速 度 不 能 提 高 ， 淬 火 時 易 產 生 裂 紋 和 變形 ， 適 應 于 做 銼 刀 、 手 用 鉸 刀 等 。 牌 號 T10、T10A2.合 金 工 具 鋼 在 碳 素 工 具 鋼 中 加 入 一 定 的 W、 Cr、 Mn而成 。 加 入 這 些 元 素 可 提 高 刀 具 材 料 的 耐 磨 性 、耐 熱 性 、 韌 性 、 減 少 熱 處 理 時 的 變 形 。 淬 火后 HRC61-

11、65， 耐 250 -300 高 溫 ， 用 于 制造 鉸 刀 、 拉 刀 等 。 3 高 速 鋼（ 1） 概 念 ： 高 速 鋼 是 一 種 含 有 鎢 、 鉬 、 鉻 、 釩 等 合 金 元素 較 多 的 工 具 鋼 （ 2） 性 質 ： 、 高 速 鋼 具 有 良 好 的 熱 穩(wěn) 定 性 、 高 速 鋼 具 有 較 高 強 度 和 韌 性 、 高 速 鋼 具 有 一 定 的 硬 度 (63 70HRC)和 耐 磨 性 （ 3） 高 速 鋼 的 分 類 、 普 通 高 速 鋼A、 鎢 系 高 速 鋼 （ 簡 稱 W18）優(yōu) 點 ： 鋼 磨 削 性 能 和 綜 合 性 能 好 ， 通 用 性

12、 強 。 缺 點 ： 碳 化 物 分 布 常 不 均 勻 ， 強 度 與 韌 性 不 夠強 ， 熱 塑 性 差 ， 不 宜 制 造 成 大 截 面 刀 具 。 B、 鎢 鉬 鋼 （ 將 一 部 分 鎢 用 鉬 代 替 所 制 成 的 鋼 ）優(yōu) 點 ： 減 小 了 碳 化 物 數(shù) 量 及 分 布 的 不 均 勻 性 。缺 點 ： 高 溫 切 削 性 能 和 W18相 比 稍 差 。 、 高 性 能 高 速 鋼 優(yōu) 點 ： 具 有 較 強 的 耐 熱 性 ， 刀 具 耐 用 度是 普 通 高 速 鋼 的 1.5 3倍 。 缺 點 ： 強 度 與 韌 性 較 普 通 高 速 鋼 低 ， 高釩 高 速

13、 鋼 磨 削 加 工 性 差 。適 合 加 工 的 零 件 ： 奧 氏 體 不 銹 鋼 、 高 溫合 金 、 鈦 合 金 、 超 高 強 度 鋼 等 難 加 工材 料 。 、 粉 末 冶 金 高 速 鋼優(yōu) 點 ： 無 碳 化 物 偏 析 ， 提 高 鋼 的 強 度 、 韌 性 和硬 度 ， 硬 度 值 達 69 70HRC；保 證 材 料 各 向 同 性 ， 減 小 熱 處 理 內 應 力 和 變 形 ；磨 削 加 工 性 好 ， 磨 削 效 率 比 熔 煉 高 速 鋼 提 高 23倍 ；耐 磨 性 好 。 適 于 制 造 切 削 難 加 工 材 料 的 刀 具 、 大 尺 寸 刀 具（ 如

14、滾 刀 和 插 齒 刀 ） ， 精 密 刀 具 和 磨 加 工 量大 的 復 雜 刀 具 。 4 硬 質 合 金（ 1） 硬 質 合 金 組 成硬 質 合 金 是 由 難 熔 金 屬 碳 化 物 和 金 屬 粘 結 劑 經 粉 末冶 金 方 法 制 成 。（ 2） 硬 質 合 金 的 性 能 特 點硬 質 合 金 優(yōu) 點 ： 硬 質 合 金 中 高 熔 點 、 高 硬 度 碳 化 物含 量 高 ， 熱 熔 性 好 ,熱 硬 性 好 ， 切 削 速 度 高 。硬 質 合 金 缺 點 ： 脆 性 大 ， 抗 彎 強 度 和 抗 沖 擊 韌 性 不強 。 抗 彎 強 度 只 有 高 速 鋼 的 1/

15、3 1/2， 沖 擊 韌 性只 有 高 速 鋼 的 1/4 1/35。硬 質 合 金 力 學 性 能 ： 主 要 由 組 成 硬 質 合 金 碳 化 物 的種 類 、 數(shù) 量 、 粉 末 顆 粒 的 粗 細 和 粘 化 劑 的 含 量 決定 。 （ 3） 普 通 硬 質 合 金 的 種 類 、 牌 號 及 適 用 范 圍 ，按 其 化 學 成 分 的 不 同 可 分 為 ： 、 鎢 鈷 類 （ WC+Co） （ 合 金 代 號 為 YG， 對 應于 國 標 K 類 ）合 金 鈷 含 量 越 高 ， 韌 性 越 好 ， 適 于 粗 加 工 ；鈷 含 量 低 ， 適 于 精 加 工 。 、 鎢 鈦

16、 鈷 類鎢 鈦 鈷 類 （ WC+TiC+Co） （ 合 金 代 號 為 YT， 對應 于 國 標 P 類 ）此 類 合 金 有 較 高 的 硬 度 和 耐 熱 性 ， 主 要 用 于加 工 切 屑 成 呈 狀 的 鋼 件 等 塑 性 材 料 。 合 金 中 TiC含 量 高 ， 則 耐 磨 性 和 耐 熱 性 提 高 ，但 強 度 降 低 粗 加 工 一 般 選 擇 TiC含 量 少的 牌 號 ， 精 加 工 選 擇 TiC含 量 多 的 牌 號 。 、 鎢 鈦 鉭 （ 鈮 ） 鈷 類鎢 鈦 鉭 （ 鈮 ） 鈷 類 （ WC+TiC+TaC（ Nb） +Co）（ 合 金 代 號 為 YW，

17、對 應 于 國 標 M 類 ）適 用 于 加 工 冷 硬 鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 合 金 半 精加 工 ， 也 能 用 于 高 錳 鋼 、 淬 火 鋼 、 合 金 鋼及 耐 熱 合 金 鋼 的 半 精 加 工 和 精 加 工 。 、 碳 化 鈦 基 類 （ WC+TiC+Ni+Mo） 合 金代 號 YN， 對 應 于 國 標 P01 類 。用 于 精 加 工 和 半 精 加 工 ， 對 于 大 長 零 件且 加 工 精 度 較 高 的 零 件 尤 其 適 合 ， 但不 適 于 有 沖 擊 載 荷 的 粗 加 工 和 低 速 切削 。 （ 4） 超 細 晶 粒 硬 質 合 金 超 細 晶

18、 粒 硬 質 合 金 多 用 于 YG類 合 金 ， 它的 硬 度 和 耐 磨 性 得 到 較 大 提 高 ， 抗 彎 強 度和 沖 擊 韌 度 也 得 到 提 高 ， 已 接 近 高 速 鋼 。 適 合 做 小 尺 寸 銑 刀 、 鉆 頭 等 ， 并 可 用 于加 工 高 硬 度 難 加 工 材 料 。 硬 質 合 金 刀 片 二 ） 、 特 殊 刀 具 材 料1 陶 瓷 刀 具（ 1） 材 料 組 成 ： 主 要 由 硬 度 和 熔 點 都 很 高 的Al2O3、 Si3N4等 氧 化 物 、 氮 化 物 組 成 ， 另 外 還有 少 量 的 金 屬 碳 化 物 、 氧 化 物 等 添 加

19、 劑 ， 通過 粉 末 冶 金 工 藝 方 法 制 粉 ， 再 壓 制 燒 結 而 成 。 （ 2） 常 用 種 類 ： Al2O3基 陶 瓷 和 Si3N4基 陶 瓷（ 3） 優(yōu) 點 ： 有 很 高 的 硬 度 和 耐 磨 性 ， 刀 具 壽命 比 硬 質 合 金 高 ； 具 有 很 好 的 熱 硬 性 ， 摩 擦系 數(shù) 低 ， 切 削 力 比 硬 質 合 金 小 ， 用 該 類 刀 具加 工 時 能 提 高 表 面 光 潔 度 。 （ 4） 缺 點 ： 強 度 和 韌 性 差 ， 熱 導 率 低 。 陶 瓷最 大 缺 點 是 脆 性 大 ， 抗 沖 擊 性 能 很 差 。（ 5） 適 用

20、范 圍 ： 高 速 精 細 加 工 硬 材 料 。 2 金 剛 石 刀 具（ 1） 分 類 ： 天 然 金 剛 石 刀 具 ； 人 造 聚 晶 金 剛石 刀 具 ； 復 合 聚 晶 金 剛 石 刀 具 。 （ 2） 優(yōu) 點 ： 極 高 的 硬 度 和 耐 磨 性 ， 人 造 金 剛石 硬 度 達 10000HV， 耐 磨 性 是 硬 質 合 金 的60 80倍 ； 切 削 刃 鋒 利 ， 能 實 現(xiàn) 超 精 密 微 量加 工 和 鏡 面 加 工 ； 很 高 的 導 熱 性 。（ 3） 缺 點 ： 耐 熱 性 差 ， 強 度 低 ， 脆 性 大 ， 對振 動 很 敏 感 。（ 4） 適 用 范

21、圍 ： 用 于 高 速 條 件 下 精 細 加 工 有色 金 屬 及 其 合 金 和 非 金 屬 材 料 。 3 立 方 氮 化 硼 刀 具（ 1） 概 念 ： 立 方 氮 化 硼 （ 簡 稱 CBN） 是 由 六 方氮 化 硼 為 原 料 在 高 溫 高 壓 下 合 成 。（ 2） 優(yōu) 點 ： 硬 度 高 ， 硬 度 僅 次 于 金 剛 石 ， 熱穩(wěn) 定 性 好 ， 較 高 的 導 熱 性 和 較 小 的 摩 擦 系 數(shù) 。（ 3） 缺 點 ： 強 度 和 韌 性 較 差 ， 抗 彎 強 度 僅 為陶 瓷 刀 具 的 1/5 1/2。 （ 4） 適 用 范 圍 ： 適 用 于 加 工 高 硬

22、 度 淬 火 鋼 、冷 硬 鑄 鐵 和 高 溫 合 金 材 料 。 它 不 宜 加 工 塑 性大 的 鋼 件 和 鎳 基 合 金 ， 也 不 適 合 加 工 鋁 合 金和 銅 合 金 ， 通 常 采 用 負 前 角 的 高 速 切 削 。 三 ） 涂 層 刀 具（ 1） 概 念 ： 涂 層 刀 具 是 在 韌 性 較 好 的 硬 質 合 金基 體 上 或 高 速 鋼 刀 具 基 體 上 ， 涂 覆 一 層 耐 磨性 較 高 的 難 熔 金 屬 化 合 物 而 制 成 。（ 2） 常 用 的 涂 層 材 料 有 ： TiC、 TiN、 Al2O3等 （ 3） 涂 層 形 式 ： 可 以 采 用

23、單 涂 層 和 復 合 涂 層 （ 4） 優(yōu) 點 ： 涂 層 刀 具 具 有 高 的 抗 氧 化 性 能 和 抗粘 結 性 能 ， 因 此 具 有 較 高 的 耐 磨 性 （ 5） 適 用 范 圍 ： 主 要 用 于 車 削 、 銑 削 等 加 工 ，由 于 成 本 較 高 ， 還 不 能 完 全 取 代 未 涂 層 刀 具的 使 用 。 不 適 合 受 力 大 和 沖 擊 大 的 粗 加 工 ，高 硬 材 料 的 加 工 以 及 進 給 量 很 小 的 精 密 切 削 。 刀 具 材 料 的 性 能 比 較 21世 紀 刀 具 材 料 的 現(xiàn) 狀 和 發(fā) 展 趨 勢 1、 材 料 資 源 并

24、 非 “ 取 之 不 盡 ” 2、 在 現(xiàn) 代 切 削 加 工 中 ， 高 速 鋼 的 性 能 已 不 夠先 進 ， 但 因 其 穩(wěn) 定 性 好 ， 能 接 受 成 形 加 工 ，目 前 在 刀 具 材 料 總 消 耗 量 中 高 速 鋼 刀 具 仍占 到 40%。 傳 統(tǒng) 的 普 通 高 速 鋼 以 鎢 系 的W18Cr4V和 鎢 鉬 系 的 W6Mo5Cr4V2為 代 表 。 3、 在 21世 紀 中 ， 硬 質 合 金 刀 具 材 料 將 重 點 在 兩方 面 發(fā) 展 ：一 是 細 化 晶 粒 ， 提 高 韌 性 與 抗 彎 強 度 ， 從 而 擴大 應 用 ， 進 一 步 代 替 高

25、速 鋼 刀 具 。 將 晶 粒 尺寸 達 到 納 米 級 ， 抗 彎 強 度 可 達 到 2.5 3.0GPa以 上 。二 是 發(fā) 展 金 屬 陶 瓷 ， 用 TiC和 Ti(C， N)代 替 WC，以 節(jié) 約 W資 源 ； 用 Ni和 Mo代 替 Co， 節(jié) 約 Co資 源 。 4、 陶 瓷 的 硬 度 稍 高 于 硬 質 合 金 ， 但 其 脆 性很 大 ， 韌 性 不 足 ， 可 加 工 性 很 差 ， 故 應用 受 到 限 制 。 今 后 的 發(fā) 展 方 向 在 于 增 韌 ，用 細 化 原 料 的 粒 度 ， 添 加 ZrO2、 TiB2或SiC晶 須 等 方 法 ， 可 在 一 定

26、 程 度 上 提 高 陶瓷 材 料 的 韌 性 。5、 今 后 人 造 單 晶 金 則 石 刀 具 和 CD、 TFD金剛 石 鍍 膜 (涂 層 )刀 具 等 超 硬 刀 具 材 料 將有 較 大 發(fā) 展 。 切 屑 的 形 成 金 屬 切 削 過 程 中 的 滑 移 線 和 流 線 切 屑 類 型 切 削 層 切 削 用 量 刀 具 磨 損 刀 具 磨 鈍 標 準 刀 具 耐 用 度 T 可 以 看 出 ： ap， f， Vc增 大 ,刀 具 耐 用 度 T減 小 ，且 Vc影 響 最 大 ， f次 之 ， ap最 小 。 所 以 在 優(yōu) 選 切削 用 量 以 提 高 生 產 率 時 ， 選

27、 擇 先 后 順 序 為 :首 先選 擇 一 個 盡 量 大 的 ap， 其 次 根 據(jù) 加 工 條 件 和 要求 選 取 允 許 的 最 大 的 進 給 量 f， 最 后 在 刀 具 耐 用度 和 機 床 功 率 允 許 的 情 況 下 選 取 最 大 的 切 削 速度 Vc。 背 吃 刀 量 ap的 確 定背 吃 刀 量 根 據(jù) 機 床 、 工 件 和 刀 具 的 剛 度 來確 定 。 在 剛 度 允 許 的 條 件 下 ,應 盡 可 能 使 背吃 刀 量 等 于 工 件 的 加 工 余 量 ,這 樣 可 以 減 少走 刀 次 數(shù) ,提 高 生 產 效 率 。 為 了 保 證 加 工 表面 質 量 ,可 留 少 許 精 加 工 余 量 ,一 般 為0.20.5m m 。 注 :1.加 工 斷 續(xù) 表 面 及 有 沖 擊 的 工 件 時 ,表 內 進 給量 應 乘 系 數(shù) k=0.75-0.85。2.在 無 外 皮 加 工 時 ,表 內 進 給 量 應 乘 系 數(shù) k=1.1。3.加 工 耐 熱 鋼 及 其 合 金 時 ,進 給 量 不 大 于 1m m /r。4.加 工 淬 硬 鋼 時 ,進 給 量 應 減 小 。 當 鋼 的 硬 度為 4456HRC時 ,乘 系 數(shù) k=0.8;當 鋼 的 硬 度 為57-62HRC時 ,乘 系 數(shù) k=0.5。