金屬切削的基本理論

金屬切削的基本理論1第1頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四金屬切削加工：利用金屬切削刀具，在工件上切除多余金屬的一種機(jī)械加工方法。金屬切削加工具有什么優(yōu)點(diǎn)?可獲得較復(fù)雜的工件形狀可獲得較小的表面粗糙度可獲得較高的尺寸精度、表面幾何形狀精度和位置精度因此，金屬切削加工常作為零件的最終加工方法

2第2頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四本章內(nèi)容第一節(jié)切削運(yùn)動(dòng)與切削要素第二節(jié)金屬切削刀具第三節(jié)金屬切削過程的基本規(guī)律

第四節(jié)切削參數(shù)與切削液的選擇3第3頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四二、切削運(yùn)動(dòng)四、切削層參數(shù)三、切削要素一、工件表面第一節(jié)切削運(yùn)動(dòng)與切削要素本節(jié)提要4第4頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四如外圓車削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具作縱向直線運(yùn)動(dòng)，形成了工件的外圓表面。在新的表面的形成過程中，工件上有三個(gè)依次變化的表面（圖2.1）：圖2.1車削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)1.待加工表面：即將被切去金屬層的表面;2.加工(過渡)表面：切削刃正在切削著的表面;3.已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。一、工件表面5第5頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四二、切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng):與零件幾何形狀形成有直接關(guān)系的運(yùn)動(dòng)基本形式有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按切削時(shí)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的作用來分，可分為：（1）主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是切下工件多余金屬所必須的最主要的運(yùn)動(dòng)。通常它的速度最高，消耗機(jī)床功率最多。主運(yùn)動(dòng)的速度即切削速度，用vc（m/s）表示。（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)，也可以是間歇運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度用進(jìn)給量（f—mm/r）或進(jìn)給速度（vf—mm/min）表示。6第6頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四

外圓磨無心磨車銑加工滾壓加工銑削成形磨（橫磨）主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-2外圓表面加工方法刀具T/RT主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RRRRRTRRT/R車削成形車削拉削研磨常見加工方法的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)7第7頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四Ｒ主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-4平面加工方法刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RTTTT刨插周銑端銑平磨端面平磨車?yán)璗8第8頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四

ve=vc+vf(2.1)（3）合成運(yùn)動(dòng)與合成切削速度圖2.3切削時(shí)合成切削速度當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)，其大小與方向用合成速度向量ve表示9第9頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四三、切削要素

切削用量三要素——

vc、f、ap（1）切削速度回轉(zhuǎn)體（刀具或工件）上外圓或內(nèi)孔某一點(diǎn)的切削速度計(jì)算公式如下：

vc=

m/s或m/min(2.2)

式中d－工件或刀具上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑（mm)

n－工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min)若主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其平均速度為：（2.3）式中nr——主運(yùn)動(dòng)每秒鐘往復(fù)次數(shù)（str/sl——往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程長度（mm）10第10頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（2）進(jìn)給速度、進(jìn)給量和每齒進(jìn)給量進(jìn)給速度vf

是單位時(shí)間的進(jìn)給量，單位是mm/s(mm/min)進(jìn)給量是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時(shí)兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位是mm/r（毫米/轉(zhuǎn)）。對(duì)于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，還應(yīng)規(guī)定每齒進(jìn)給量fz，即后一個(gè)刀齒相對(duì)于前一個(gè)刀齒的進(jìn)給量，單位是mm/z(毫米/齒)。顯而易見

vf=f·n=fz·z·n

mm/s或mm/min（2.4）11第11頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（3）背吃刀量對(duì)于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。外圓柱表面車削的深度可用下式計(jì)算：

ap=（dw-dm）/2mm(2.5)式中dw——待加工表面直徑（mm）dm——已加工表面直徑（mm）

對(duì)于鉆孔加工

ap=dm/2mm(2.6)12第12頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四四、切削層參數(shù)（1）切削層各種切削加工的切削層參數(shù)，可用典型的外圓縱車來說明。如圖所示，車刀主切削刃上任意一點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間螺旋線。工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿工件軸線移動(dòng)一段距離，即進(jìn)給量（f，mm/r）。由車刀正在切削著的這一層金屬，就叫切削層。在特殊情況下（kr＝90°）為矩形。在外圓縱車時(shí)，當(dāng)k’r＝0、λs＝0時(shí)，切削層的表面形狀為一平行四邊形。13第13頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（2）、切削厚度為了簡化計(jì)算工作，切削層的表面形狀和尺寸，通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr內(nèi)觀察和量度。切削層參數(shù)為：垂直于加工表面來度量的切削層尺寸（圖1.19），稱為切削厚度，以hD表示。在外圓縱車（λs＝0）時(shí)：

hD＝f.sinkr

（2.7）（3）切削寬度沿加工表面度量的切削層尺寸，稱為切削寬度，以bD表示。外圓縱車（當(dāng)λs＝0時(shí)）

bD=ap/sinkr

（2.8）可見，在f與ap一定的條件下，主偏角kr越大，切削厚度hD也就越大，但切削寬度bD越小；kr越小時(shí)，hD越小，bD越大；當(dāng)kr＝90時(shí)，hD＝f。14第14頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（4）、切削面積切削層在基面Pr的面積，稱為切削面積，以AD表示。其計(jì)算公式為：

AD=hD.bD（2.9）對(duì)于車削來說，不論切削刃形狀如何，切削面積均為：AD＝hD.bD=f.ap（2.10）上面所計(jì)算的均為名義切削面積。實(shí)際切削面積等于名義切削面積減去殘留面積。殘留面積是指刀具副偏角k’r≠0時(shí)，刀具經(jīng)過切削后，殘留在已加工表面上的不平部分（△ABE）的剖面面積。15第15頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)金屬切削刀具一、刀具的種類與結(jié)構(gòu)二、刀具角度三、刀具材料在切削過程中，刀具幾何參數(shù)和材料對(duì)金屬切削的生產(chǎn)率、成本、質(zhì)量有很大的影響，因此要重視刀具幾何參數(shù)和材料的正確選擇與合理使用。四、刀具的磨損與耐用度本節(jié)提要16第16頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四一、刀具的種類與結(jié)構(gòu)(1)按加工方式和用途：車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型(2)按所用材料分：高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具(3)按結(jié)構(gòu)分：整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等(4)按是否標(biāo)準(zhǔn)化分：標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具

1、刀具的種類17第17頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四2、刀具結(jié)構(gòu)

車刀a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機(jī)夾式車刀圖2-47車刀的結(jié)構(gòu)外圓車刀是最基本、最典型的刀具，由刀頭和刀體組成。車刀的切削部分由3個(gè)刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2個(gè)刀刃（主切削刃和副切削刃）和1個(gè)刀尖組成。18第18頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四歸結(jié)起來：“三面兩刃一尖”前刀面Ar主后刀面Aα副后刀面Aα’交線交線主切削刃s副切削刃s’刀尖連接部分刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素19第19頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(1)前刀面前刀面Ar是切屑流過的表面。分為：與主切削刃毗鄰的稱為主前刀面；與副切削刃毗鄰的稱為副前刀面。（2）后刀面后刀面分為主后刀面與副后刀面。

主后刀面刀具上與工件的過渡表面相對(duì)的表面。

副后刀面刀具上與工件的已加工表面相對(duì)的表面。（3）切削刃切削刃是前刀面上直接進(jìn)行切削的邊鋒，有主切削刃和副切削刃之分。主切削刃指前刀面與主后刀面相交的鋒邊；副切削刃指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。（4）刀尖刀尖可以是主、副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，也可以是主、副兩條切削刃連接起來的一小段切削刃，它可以是圓弧，也可以是直線，通常都稱為過渡刃。20第20頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合圖2-48各種刀具切削部分的形狀21第21頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四二、刀具角度刀具標(biāo)注角度

是指刀具設(shè)計(jì)圖樣上標(biāo)注出來的角度，是刀具制造、刃磨和測(cè)量的依據(jù)。1、刀具標(biāo)注角度及其參考系假定運(yùn)動(dòng)條件：假定進(jìn)給速度值很小或?yàn)榱?，可以用主運(yùn)動(dòng)速度向量vc近似代替合成速度向量ve假定安裝條件：假定刀具在安裝時(shí)刀尖與工件的軸線等高，刀桿與工件的軸線垂直。為什么要作假定？簡化切削運(yùn)動(dòng)設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)刀具位置

刀具靜止參考系：22第22頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刀具靜止參考系(正交平面參考系)：基面Pr：通過切削刃某選定點(diǎn)х，垂直于該點(diǎn)切削速度的平面。23第23頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四正交平面參考系：切削平面Ps：“通過切削刃上選定點(diǎn)，與切削刃相切并垂直于基面的平面”。包括主切削平面和副切削平面24第24頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四正交平面參考系：正交平面（主剖面）Po：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面”。25第25頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四26第26頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四2、刀具角度定義五個(gè)基本角度前角后角主偏角副偏角刃傾角27第27頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四后角：αo“主后刀面與切削平面的夾角”主要影響刀具主后刀面與工件表面之間的摩擦前角：γo“前刀面與基面之間的夾角”。主要影響主切削刃的鋒利程度和刃口強(qiáng)度。在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度楔角β0“前刀面與主后刀面間的夾角”28第28頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四在基面內(nèi)測(cè)量的角度：主偏角：“主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角”。主要影響切削刃工作長度和背向力的大小副偏角：“副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角”。主要影響已加工表面的粗糙度刀尖角：“主切削平面與副切削平面之間的夾角”。εr=180o-(Кr+Кr’)29第29頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刃傾角：λS“主切削刃與基面之間的夾角”主要影響切屑流向及刀尖強(qiáng)度在切削平面內(nèi)測(cè)量的角度：30第30頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四前角正負(fù)的規(guī)定前刀面與切削平面的夾角大于90°γo為負(fù)；小于90°γo為正；等于90°γo為零。31第31頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刃傾角正負(fù)的規(guī)定觀察：刃傾角對(duì)排屑方向的影響？32第32頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刃傾角對(duì)排屑方向的影響

33第33頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四上述刀具標(biāo)注角度參考系，在定義基面時(shí)，都只考慮主運(yùn)動(dòng)，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即在假定運(yùn)動(dòng)條件下確定的參考系。但刀具在實(shí)際使用時(shí)，這樣的參考系所確定的刀具角度，往往不能確切地反映切削加工的真實(shí)情形。---只有用合成切削運(yùn)動(dòng)方向ve來確定參考系，才符合切削加工的實(shí)際。例如：圖2.10所示三把刀具的標(biāo)注角度完全相同，但由于合成切削運(yùn)動(dòng)方向ve不同，后刀面與加工表面之間的接觸和摩擦的實(shí)際情形有很大的不同。同樣，刀具實(shí)際安裝位置也影響工作角度的大小。3.

刀具工作參考系及刀具工作角度34第34頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刀具工作角度參考系同標(biāo)注角度參考系的唯一區(qū)別是用ve取代vc，用實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。以刀具與工件的實(shí)際相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)確定刀具的參考系為工作參考系。用工作參考系確定的刀具角度叫刀具的工作角度。35第35頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(a)圖2.10刀具工作角度示意圖圖（a）刀具后刀面同工件之間有適宜的間隙，切削情況正常工作后角36第36頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(b)圖2.10刀具工作角度示意圖工作后角圖（b）兩個(gè)表面全面接觸,摩擦嚴(yán)重37第37頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刀具工作角度示意圖圖（c）刀具的背棱頂在已加工表面上，切削刃無法切入，切削條件被破壞?？梢姡谶@種場(chǎng)合下，只考慮主運(yùn)動(dòng)的假定條件是不合適的，還必須考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的影響，也就是必須考慮合成切削運(yùn)動(dòng)方向來確定刀具工作角度的參考系。圖2.10刀具工作角度示意圖(c)工作后角38第38頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（１）刀具的工作參考系刀具工作參考坐標(biāo)系主切削刃主后刀面前刀面副切削刃工作正交面PoeA工作基面Ｐre：通過切削刃選定點(diǎn)并垂直于合成切削速度方向的平面。工作切削平面Ｐse：通過切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切，并垂直于工作基面的平面。工作正交面Ｐoe：通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于工作基面與切削平面的平面。工作平面Ｐfe：通過切削刃上選定點(diǎn)且同時(shí)包含主運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度方向的平面。工作法平面Ｐne：與法平面Ｐn定義相同。

工作切削平面Pse工作基面Pre圖車刀工作參考系39第39頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(2)刀具工作角度①工作前角在工作正交平面內(nèi)測(cè)量的工作基面與前刀面間的夾角。②工作后角在工作正交平面內(nèi)測(cè)量的工作切削平面與后刀面間的夾角。③工作側(cè)前角在工作平面內(nèi)測(cè)量的工作基面與刀具前刀面間的夾角。④工作側(cè)后角在工作平面內(nèi)測(cè)量的工作切削平面與刀具后刀面間的夾角。

40第40頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四4、刀具安裝位置對(duì)幾何角度的影響

νcνc車外圓prepre（1）、刀具裝刀高低對(duì)工作角度的影響：工作前角增大，刀具鋒利工作后角減小，摩擦大工作前角41第41頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（2）、刀桿中心與進(jìn)給方向不垂直：工作副偏角工作主偏角主偏角副偏角42第42頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(3)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響切斷時(shí)：刀具的工作前、后角發(fā)生變化當(dāng)d→0時(shí)μ→90°α0e<0→擠斷工件橫切時(shí)，對(duì)前、后角度的影響工作后角工作前角43第43頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四1刀具材料應(yīng)具備的性能作為刀具材料應(yīng)滿足以下基本要求：（1）高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在HRC62以上。耐磨性表示抵抗磨損的能力，它取決于組織中硬質(zhì)、數(shù)量、大小和分布。（2）足夠的強(qiáng)度和韌性為了承受切削中的壓力沖擊和振動(dòng)，避免崩刃和折斷，刀具材料應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和韌性。一般強(qiáng)度用抗彎強(qiáng)度來表示，韌性用沖擊值表示。（3）高的耐熱性刀具材料在高溫下能保持良好的硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性。（4）良好的工藝性為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性，如切削加工性、鑄造性、鍛造性、熱處理性等。（5）良好的經(jīng)濟(jì)性三、刀具材料44第44頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四2.刀具材料的發(fā)展與切削速度的關(guān)系圖2-55刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）45第45頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四3常用的刀具材料目前，碳素工具鋼（如T10A、T12A）、合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。絲錐46第46頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（1）高速鋼（又名白鋼、風(fēng)鋼或鋒鋼）是一種加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼有較高的熱穩(wěn)定性，較高的強(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造，這對(duì)于一些形狀復(fù)雜的工具，如鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等尤為重要，是制造這些刀具的主要材料高速鋼按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末高速鋼47第47頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四各類高速鋼刀具48第48頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四1）通用型高速鋼典型牌號(hào)為W18Cr4V（簡稱W18），含W18％、Cr4%、V1％具有良好的綜合性能，可以制造各種復(fù)雜刀具淬火時(shí)過熱傾向?。荒ゼ庸ば院?；碳化物含量高，塑性變形抗力大碳化物分布不均勻，影響薄刃刀具或小截面刀具的耐用度;強(qiáng)度和韌性顯得不夠；熱塑性差很難用作熱成形方法制造的刀具（如熱軋鉆頭）W18Cr4V（W18）是我國較常用的一種高速鋼,由于鎢價(jià)高，在發(fā)達(dá)國家已逐步淘汰。①鎢鋼49第49頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四②鎢鉬鋼將鎢鋼中的一部分鎢以鉬代替而得典型牌號(hào)為W6MoCr4V2（簡稱M2）具有良好的機(jī)械性能，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等磨加工性也好目前各國廣為應(yīng)用，約占我國高速鋼用量的70%50第50頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四2）高性能高速鋼是在通用高速鋼的基礎(chǔ)上再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素按其耐熱性，又稱為高熱穩(wěn)定性高速鋼具有更好的切削性能，耐用度較通用型高速鋼高1.3～3倍適合于加工高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料典型牌號(hào)有高碳高速鋼9W18Cr4V，高釩高速鋼W6MoCr4V3、鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8、超硬高速鋼W2Mo9Cr4Co8等51第51頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四3）粉末冶金高速鋼用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼水，直接得到細(xì)小的高速鋼粉末，高溫下壓制成致密的鋼坯，而后鍛壓成材或刀具形狀具有良好的機(jī)械性能其強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.5～3倍；磨加工性能好；物理機(jī)械性能高度各向同性，淬火變形??；耐磨性能提高20％～30％適合制造切削難加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀）、精密刀具、磨加工量大的復(fù)雜刀具、高壓動(dòng)載荷下使用的刀具等生產(chǎn)過程較復(fù)雜，造價(jià)較高目前中國鋼廠提供的品種較少，市場(chǎng)用量也很少52第52頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四表2-9常用高速鋼牌號(hào)及其應(yīng)用范圍類別牌號(hào)主要用途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W9Mo3Cr4V用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳9W18Cr4V用于制造對(duì)韌性要求不高，但對(duì)耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡單，對(duì)耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價(jià)格昂貴常用高速鋼牌號(hào)及其應(yīng)用范圍53第53頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（2）硬質(zhì)合金由難熔金屬化合物（如WC、TiC）和金屬粘結(jié)劑（Co）經(jīng)粉末冶金法制成。含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性都很高。硬度可達(dá)HRA89～93（相當(dāng)于71～76HRC），在800～1000°C能承擔(dān)切削，耐用度較高速鋼高幾十倍。當(dāng)耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4～10倍?？箯潖?qiáng)度較高速鋼低，沖擊韌性差，切削時(shí)不能承受大的振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。碳化物含量較高時(shí)，硬度高，但抗彎強(qiáng)度低；粘結(jié)劑含量較高時(shí)，抗彎強(qiáng)度高，但硬度低。硬質(zhì)合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料（約占50％），如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、齒輪刀具等，還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。54第54頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四各類硬質(zhì)合金刀具55第55頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四①YG（K）類，即WC－Co類硬質(zhì)合金ISO將切削用的硬質(zhì)合金分為三類：由WC和Co組成。牌號(hào)有YG6、YG8、YG3X、YG6X，含鈷量分別為6％、8％、3％、6％，組織結(jié)構(gòu)有粗晶粒、中晶粒、細(xì)晶粒之分。一般（YG6、YG8）為中晶粒組織，細(xì)晶粒硬質(zhì)合金（如YG3X、YG6X）在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度、耐磨性要高些，但抗彎強(qiáng)度、韌性則低些。此類合金韌性、磨削性、導(dǎo)熱性較好，較適于加工產(chǎn)生崩碎切屑、有沖擊切削力作用在刃口附近的脆性材料，如鑄鐵、有色金屬及其合金以及導(dǎo)熱系數(shù)低的不銹鋼和對(duì)刃口韌性要求高（如端銑）的鋼料等。與鋼會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)，故不適合加工鋼料56第56頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四②YT(P)類，即WC－TiC－Co類硬質(zhì)合金硬質(zhì)點(diǎn)相除WC外，還含有5％～30％的TiC。牌號(hào)有YT5、YT14、YT15、YT30。TiC的含量分別為5％、14％、15％、30％，相應(yīng)的鈷含量為10％、8％、6％、4％，TiC含量提高，Co含量降低，硬度和耐磨性提高，但是沖擊韌性顯著降低。此類合金有較高的硬度和耐磨性，抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力好；但抗彎強(qiáng)度、磨削性能和導(dǎo)熱系數(shù)下降，低溫脆性大，韌性差。適于高速切削鋼料。含鈷量增加，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性提高，適于粗加工，含鈷減少，硬度、耐磨性及耐熱性增加，適于精加工。注意：此類合金不適合加工含鈦不銹鋼及鈦合金。YT中的鈦元素之間的親合力會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象，在高溫切削及摩擦系數(shù)大的情況下會(huì)加劇刀具磨損。57第57頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四③YW（M）類，即WC—TiC－TaC－Co類硬質(zhì)合金在YT類中加入TaC（NbC）可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度、強(qiáng)度和抗氧能力、耐磨性等既可用于加工鑄鐵，也可加工鋼，因而又有通用硬質(zhì)合金之稱價(jià)格較貴常用的牌號(hào)為YW1和YW2以上三類的主要成分均為WC，所以又稱為WC基硬質(zhì)合金。58第58頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四（3）其它刀具材料是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，或在高速鋼刀具基體上，涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等涂層刀具具有較高的抗氧化性能，因而有較高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系數(shù)，可降低切削時(shí)的切削力及切削溫度，可提高刀具的耐用度（提高硬質(zhì)合金耐用度1～3倍，高速鋼刀具耐用度2～10倍）但存在著鋒利性、韌性、抗剝落性、抗崩刃性及成本昂貴之弊。目前使用很廣泛①涂層刀具59第59頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四②陶瓷有純Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷兩種，以其微粉在高溫下燒結(jié)而成。有很高的硬度（HRA91~95）和耐磨性；有很高的耐熱性，在高溫1200℃以上仍能進(jìn)行切削切削速度比硬質(zhì)合金高2～5倍；有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬的親合力小，抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力好可用于加工鋼、鑄鐵；車、銑加工也都適用但其脆性大、抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，易崩刀，使其使用范圍受到限制作為連續(xù)切削用的刀具材料，還有很大的發(fā)展前途。60第60頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四③金剛石是目前人工制造出的最硬的物質(zhì)，硬度高達(dá)HV10000,耐磨性好可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍其切削刃鋒利，能切下極薄的切屑，加工冷硬現(xiàn)象較少；有較低的摩擦系數(shù)，其切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié)，不產(chǎn)生積屑瘤，很適合精密加工但熱穩(wěn)定性差，切削溫度不宜超過700～800℃；強(qiáng)度低、脆性大、對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削；與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力，不適于加工黑金屬目前主要用于磨具和磨料，對(duì)有色金屬及非金屬材料進(jìn)行高速精細(xì)車削及鏜孔；加工鋁合金、銅合金時(shí)，切削速度可達(dá)800～3800m/min61第61頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四④立方氮化硼由軟的六方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成有很高的硬度（可達(dá)HV8000～9000）及耐磨性；其比金剛石高得多的熱穩(wěn)定性（1400℃）可用來加工高溫合金；化學(xué)惰性大，與鐵族金屬直至1300℃時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng)，可用與加工淬硬鋼及冷硬鑄鐵；有良好的導(dǎo)熱性、較低的摩擦系數(shù)。目前不僅用于磨具，也逐漸用于車、鏜、銑、鉸。有兩種類型：整體聚晶立方氮化硼，能像硬質(zhì)合金一樣焊接，并可多次重磨；立方氮化硼復(fù)合片，即在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層厚度為0.5mm的立方氮化硼62第62頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四刀具磨損是指刀具摩擦面上的刀具材料逐漸損失的現(xiàn)象刀具磨損分為正常磨損與非正常磨損兩類。正常磨損是在刀具設(shè)計(jì)與使用合理，制造與刃磨質(zhì)量符合要求的情況下，刀具在切削過程中逐漸產(chǎn)生的磨損。四、

刀具磨損與刀具壽命63第63頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四1、刀具磨損形態(tài)◆正常磨損前刀面磨損形式：月牙洼形成條件：加工塑性材料，v大，hD大影響：削弱刀刃強(qiáng)度，降低加工質(zhì)量后刀面磨損形式：后角=0的磨損面（參數(shù)——VB，VBmax）形成條件：加工塑性材料,v較小,hD

較小；加工脆性材料影響：切削力↑,切削溫度↑,產(chǎn)生振動(dòng)，降低加工質(zhì)量VBVBmaxa)

KTKBb)圖刀具磨損形態(tài)前、后刀面同時(shí)磨損64第64頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四◆非正常磨損——破損（裂紋、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性變形）防止刀具非正常磨損的措施合理選擇刀具材料的種類和牌號(hào)，在斷續(xù)切削或受沖擊載荷時(shí)，應(yīng)選擇具有較好韌性的