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9-4、5刀具的选择与识别

9-4、5刀具的选择与识别
9-4、5刀具的选择与识别

第四节 刀具的选择与识别

一、刀具的选择

按数控装置的刀具选择指令,从刀库中将所需要的刀具转换到取刀的位置,称为自动选

刀。在刀库中选择刀具通常采用两种方法:

(1)顺序选择刀具

刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中,使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀

具放回原来的刀座内,也可以按加工顺序放入下一个刀座内。该法不需要刀具识别装置,驱

动控制也较简单,工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用,为了满足

加工需要,只有增加刀具的数量和刀库的容量,这就降低了刀具和刀库的利用率。此外,装

刀时必须十分谨慎,如果刀具不按顺序装在刀库中,将会产生严重的后果。

(2)任意选择刀具

这种方法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具,刀具在刀库中不必按照工件的加

工顺序排列,可以任意存放。每把刀具(或刀座)都编上代码,自动换刀时,刀库旋转,每

把刀具(或刀座)都经过“刀具识别装置”接受识别。当刀具的代码与数控指令的代码相符

合时,该把刀具被选中,刀库将刀具送到换刀位置,等待机械手来抓取。任意选择刀具法的

优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关,相同的刀具可重复使用。因此,刀具数

量比顺序选择法的刀具可少一些,刀库也相应的小一些。

任意选择法主要有三种编码方式:

①刀具编码方式

这种方式是对每把刀具进行编码,由于每把刀具都有自己的代码,因此,可以存放于刀

库的任一刀座中。这样刀库中的刀具在不同的工序中也就可重复使用,用过的刀具也不一定

放回原刀座中,避免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故;同时也缩短了刀库的

运转时间;简化了自动换刀控制线路。

刀具编码的具体结构如图9-25所示。在刀柄1后端的拉杆4上套装着等间距的编码环

2,由锁紧螺母3固定。编码环既可以是整体的,也可由圆环组装而成。编码环直径有大小

两种,大直径的为二进制的“1”,小直径的为“0”。通过着两种圆环的不同排列,可以得到

一系列代码。例如由六个大小直径的圆环变可组成能区别63(26-1=63)种刀具。通常全部

为0的代码不许使用,以免与刀座中没有刀具的状况相混淆。为了便于操作者的记忆和识别,

也可采用二-八进制编码来表示。THK6370自动换刀数控镗铣床的刀具编码采用了二-八进

制,六个编码环相当八进制的二位。

这种编码环中,若所有的编码环都是凸的,其号码二进制是(111111)二,相当于二-八

进制数(77)八,也就是十进制的(63)十。

②刀座编码方式

1-刀柄;2-编码环;3-压紧螺母;

图9-25 刀具编码结构图

1-编码装置;2-读码装置 图9-26 刀座编码示意图

这种编码方式对每个刀座都进行编码,刀具也编号,并将刀具放到与其号码相符刀座中,换刀时刀库旋转,使各个刀座依次经过识刀器,直至找到规定的刀座,刀库便停止旋转。由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环,使刀柄结构大为简化。因此,识刀器的结构不受刀柄尺寸的限制,而且可以放在较适当的位置。另外,在自动换刀过程中必须将使用过的刀具放回原来的刀座中,增加了换刀动作。与顺序选择刀具的方式相比,刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。

图9-26所示为圆盘形刀库的刀座编码形式。在圆盘的圆周上均布若干个刀座,其外侧边缘上装有相应的刀座编码块1,在刀库的下方装有固定不动的刀座识别装置2。刀座编码的识别原理与上述刀具编码的识别原理完全相同。

③编码附件方式

编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等,其中应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥匙,当把各刀具存放到刀库的刀座中时,将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号码转记到刀座中,给刀座编上了号码。识别装置可以通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀座中的刀具。

编码钥匙的形状如图9-27所示。图中除导向突起外,共有16个凸出或凹下的位置,故有216-1=65535种凹凸组合,可区别65535把刀具。

图9-28为编码钥匙孔的剖面图,钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座,然后顺时针方向旋转90°,处于钥匙代码突起6的第一弹簧接触片5被撑起,表示代码“1”,处于代码凹处的第二弹簧接触片7保持原状,表示代码“0”。由于钥匙上每个凸凹部分的旁边均有相应的炭刷4或1,故可将钥匙各个凸凹部分均识别出来,即识别出相应的刀具。

图9-27 编码钥匙的形状图9-28 编码钥匙孔的剖面图这种编码方式称为临时性编码,因为从刀座中取出刀具时,刀座中的编码钥匙也取出,刀座中原来编码随之消失。因此,这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式用过的刀具必须放回原来的刀座中。

二、刀具(刀座)识别装置

刀具(刀座)识别装置是自动换刀系统中重要组成部分,常用的有下列几种:

(1)接触式刀具识别装置

接触式刀具识别装置应用较广,特别适应于空间位置较小的刀具编码,其识别原理如图9-29所示。在刀柄1上装有两种直径不同的编码环,规定大直径的环表示二进制的“1”,小直径的环为“0”,图中有5个编码环4在刀库附近固定一刀具识别装置2是,从中伸出几个触针3,触针数量与刀柄上的编码环个数相等。每个触针与一个继电器相连,当编码环是大直径时与触针接触,继电器通电,其数码为“1”。当各继电器读出的数码与所需刀具的编码一致时,由控制装置发出信号,使刀库停转,等待换刀。

接触式刀具识别装置的结构简单,但由于触针有磨损,故寿命较短,可靠性较差,且难于快速选刀。

(2)非接触式刀具识别装置

非接触式刀具识别装置没有机械直接接触,因而无磨损、无噪声、寿命长、反映速度快,适应于高速、换刀频繁的工作场合。常用的有磁性识别和光电识别法。

①非接触式磁性识别法

(b)

图9-30 a-选刀控制方框图 b-磁性识别装置图

磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料磁感应强弱不同,通过感应线圈读取代码。编码环的直径相等,分别导磁材料(如软钢)和非导磁材料(如黄铜、塑料等)制成,规定前者编码为“1”,后者编码为“0”。图9-30(b )所示为一种用于刀具编码的磁性识别装置。图中刀柄1上装有非导磁材料编码环4和导磁材料编码环2,与编码环相对应的有一组检测线圈6组成非接触式识别装置3。在检测线圈6的一次线圈5中输入交流电压时,如编码环为导磁材料,则磁感应较强,在二次线圈7中产生较大的感应电压。如编码环为非导磁材料,则磁感应较弱,在二次线圈中感应的电压较弱。利用感应电压的强弱,就能识别刀具的号码。当编码环的号码与指令刀号相符时,控制电路便发出信号,使刀库停止运转,等待换刀。

当尺寸受到限制时,不能采用由标准无触点开关组成的识刀器。为此,华中理工大学研制了一种小型的磁性识刀器,六组磁芯叠合在一起的宽度只有30mm 。其选刀控制方框图如图9-30(a)所示。当数控装置发出选刀指令T

后,选刀控制电路使刀库快速旋转,刀柄上的1-刀柄;2-刀具识别装置;3-触针;4-编码

图9-29 接触式刀具识别原理图

编码环依次经过识刀器。在识刀器上感应出每把刀具的不同信号,经“刀号读出电路”将编码环所需要的号码读出,并经输入控制门存入“刀号寄存器”内,然后送入“符号电路”与数控装置的T代码比较。如读出的刀具号码与给定的T代码不一致时,刀库继续旋转,进行识别比较。直至识刀器读出的刀具号码与给定的T代码一致时,则发出选刀符合信号,选刀控制电路使刀库减速慢转,由刀库定位销定位,等待换刀。

②光学纤维刀具识别装置

这种装置利用光导纤维良好的光传导特性,采用多束光导纤维构成阅读头来获取刀具上的二进制信号。在光导纤维中传播的光信号比在导体中传播的电信号具有更高的抗干扰能力。光导纤维可任意弯曲,这给机械设计、光源及光电转换元件的安装都带来了很大的方便。因此,这种方法很有发展前途。

近年来,“图象识别”技术也开始用于刀具识别,刀具不必编码,而在刀具识别位置上利用光学系统将刀具的形状投影到许多光电元件组成的屏板上,从而将刀具的形状变为光电信号,经信号处理后存入记忆装置中。选刀时,数控指令T所指的刀具在刀具识别装置出现图形时,并与记忆装置中的图形进行比较,选中时发出选刀符号信号,刀具便停在换刀位置上。这种识别方法虽然有很多的优点,但由于该系统价格昂贵,而限制了它的使用。

(3)利用PC(可编程控制器)实现随机换刀

利用可编程控制器(PC)记忆的方式——将刀具和刀库的刀座位置分别编号,列出刀号数据表存储在PC内,刀号数据表应与刀具在刀库中的实际位置相对应。换刀时,主轴上新装的刀具号及还回刀库的刀具号均在PC内部相应地存储记忆,使刀号数据表与刀库中的位置始终保持一致。这种方法由于不需要编码环和识刀装置,结构大为简化,同时也增加了可靠性,已被广泛应用于加工中心。JCS—018加工中心也采用了这种方式实现了任意选刀。

第五节工件交换装置

在加工中心上最早使用的是交换工作台,即双工作台,当一个工件在工作台上还在被加

器来实现。精密的托盘交换定位精度要求极高,一般达到士0.005mm。更多的托盘交换系统是采用液压驱动,滚动导轨导向,接近开关或组合开关作为定位的信号。

液压死挡铁准确定位,最终由液压装置夹紧。托盘系统一般都具有存储、运送功能,自动检测功能,工件、刀具归类功能,切削状态监视功能等。托盘的交换是由设在环形交换系统中的液压或电动推拉机构来实现。这种交换首先指的是在加工中心上加工的托盘与托盘系统中备用的托盘交换。如果在托盘系统的另一端再设置一个托具工作站,则这种托盘系统可以通过托具工作站与其它系统发生联系,若干个FMC通过这种方式,可以组成一条FMS线。

第2

心、立式加工中、卧式加工中心。机器人安装在沿导轨移动的传输小车上,由机器人完成机床到机床之间的工件传送。

图9-33所示为由2台磨床与机器人和工件传输组成的FMC,机器人安装在中央位置,它负责2台NC磨床与工件传输系统的上、下料工件。

当由多台机床组成柔性生产线时,工件在它们间的传送方式有有轨小车(RGV)和无

减速点和准停点一般均由诸如光电装置、接近开关或限位开关等传感器来识别。这种方式的物流控制较简单,成本低廉。但它的铁轨一旦铺成后,便成为固定装置,改变路线非常困难,所以它适用于加工工序的变化不太频繁的场合。鉴于它的上述优点,国内外许多制造商和用户都乐于采用。

AGV是一种电磁感应制导的无人运输小车。它应用于机床的品种和台数较多、加工工序较复杂、要求系统柔性较大的场合。AGV行驶的路线在总体设计阶段要多方案比较和论证。这种方式是在地下10mm~20mm处埋一条宽3mm~10mm的电缆。这种方式工作可靠,不怕尘土污染,制导电缆埋在地沟内不易遭到破坏,适宜于一般工业环境,投资费用较低。

图9-37是一种外封闭型物流系统。一般情况下有较多的机床品种,如加工中心、CNC 车床、CNC磨床、测量机等。机床设备均放在中间,AGV行走路径由外围封闭一圈。这种

方式占地面积小,机床和随行工作台、工件等均在同一侧。

图9-368是多环型物流系统,用于全部由加工中心组成的柔性生产线。无论从加工看,还是从物流看,系统的柔性都很好,但物流控制复杂,成本较高,占地面积大。

常用刀具材料分类、特点及应用

常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等,所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时,刀具切削部分直接和工件及切屑相接触,承受着很大的切削压力和冲击,并受到工件及切屑的剧烈摩擦,产生很高的切削温度,即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此,刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑,其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说,刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。组织中硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高,数量越多,颗粒越小,分布越均匀,则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度,而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力,以及在切削过程常要出现的冲击和振动的条件下工作,而不产生崩刃和折断,刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它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。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好,切削热越容易从切削区散走,有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大,表示导热性好,切削时产生的热量就容易传散出去,从而降低切削部分的温度,减轻刀具磨损。

1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好,且又要资源丰富,价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。

车刀几何角度的选择方法

车刀几何角度的选择方法 车刀几何角度是指车刀切削部分各几何要素之间,或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空间位置。根据“一面二角”理论可知,车刀的独立标注角度有六个,它们分别是:确定车刀主切削刃位置的主偏角Kr和刃倾角λs;确定车刀前刀面Ar与后刀面Aa的前角ro和后角ao;确定副切削刃及副后刀面Aa′的副偏角Kr′和副后角ao′。 这些几何角度对车削过程影响很大,其中尤其以主偏角Kr、前角ro、后角ao和刃倾角λs的影响更为突出,科学合理地选择车刀的几何角度,对车削工艺的顺利实施起着决定性作用。下面就从车刀几何角度对切削力、切削热和刀具的耐用度的影响分析着手,本着使切削轻便、质量稳定,延长刀具使用寿命的宗旨,确定科学的车刀几何角度的一般性原则。 一、车刀几何角度对切削力的影响 在金属切削时,刀具切入工件,将多余材料从工件上切除会产生强烈的力的作用,这些力统称为切削力。切削力主要来源于被加工材料在发生弹性和塑性变形时的抗力和刀具与切屑及工件表面之间的摩擦作用。根据切削力产生的作用效果的不同,可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。它们分别是:主切削力Fz,进给抗力Fx和切深抗力Fy,其中Fz是切削总力Fr沿主运动切向分解而得,是计算车刀强度,设计机床零件,确定机床功率的主要依据;Fx也叫轴向力,它是Fr 沿工件轴向的分力,是设计进给机构,计算车刀进给功率所必需的;Fy也叫径向力,它是Fr沿着工件径向的分力,它不消耗机床功率,但是当机床或工艺系统刚度不

足时,易引起振动。 1、前角ro对切削力的影响 前角ro增大,剪切角Φ随着增大,金属塑性变形减小,变形系数ξ减小,沿前刀面的摩擦力减小,因此切削力减小。但对于脆性材料而言,前角ro的变化则不会对车削力产生较大的影响,这是因为脆性材料在车削时,切屑变形和加工硬化都很小,变形抗力自然会随之减小。同时,实验还证明,前角ro的增大,对切削分力Fx、Fy的影响程度也不一样,当主偏角Kr较大时,对Fx的影响较明显,而当主偏角Kr较小时,则对Fy的降低幅度更大些。 2、主偏角Kr对切削力的影响 主偏角Kr的改变,使得切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变,从而使切削力也随之变化。实验证明,主偏角Kr增大,切削厚度也随之增大,切削变厚,切削层的变形减小,因此主切削力也随之减小,如图3所示。但当Kr增大到60°-75°后,Fz又随着Kr的增大而有所回升,这是因为此时刀尖圆弧所占的切削工作比例增大,使切屑变形和排屑阻力增大,又使主切削力Fz增大。根据切削力分解公式:Fy=FxycosKr;Fx=FxysinKr可知,主偏角Kr增大,使Fy减小,Fx增大,这有利于减轻工件的变形和系统的振动。因此,在工程上我们往往采用较大主偏角的车刀切削细长轴类零件,来减小径向分力Fy。 3、刃倾角λs对切削力的影响 刃倾角λs对主切削力Fz影响很小,但对进给抗力Fx和切深抗力Fy的影响较大。当λs减小时,使刀具受到的正压力的方向发生了变化,从而改

机加工中刀具材料的应用及发展趋势

机加工中刀具材料的应用及发展趋势 金属切削加工是现代机械制造工业中一种最基本的加工方法,在其过程中,刀具直接完成切削余量和形成已加工表面的任务,而刀具材料又是决定刀具切削性能的根本因素,它对加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度的影响极大。就拿切削速度来说,在最初使用碳素工具钢作为刀具材料时,切削速度只有每分钟10米左右;19世纪末20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟100~500米;20世纪中叶以后又出现了复合陶瓷、金刚石、CBN超硬刀具材料等,高速钢和硬质合金则发展了许多新品种。迄今,已使切削速度提高到每分钟一千米以上。历史事实表明,在切削加工的发展过程中,刀具材料始终是最积极的因素。同时,被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。因此,我们应当重视刀具材料的正确选择和合理使用,关注新型刀具材料的研制和发展趋势。1刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求:一是高硬度和高耐磨性;二是足够的强度与冲击韧性;三是高耐热性、导热性和小的膨胀系数;四是良好的工艺性和经济性。2常用刀具材料常用刀具材料有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、超硬刀具材料和陶瓷。碳素工具钢和合金工具钢因其耐热性很差,仅用于手工工具。陶瓷和超硬刀具材料则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因,目前尚在有限的范围内使用。当今,用得最多

的为高速钢和硬质合金, 几乎各占一半。2.1高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃,锻造、热处理变形小,目前在复杂的刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有主要地位。2.2硬质合金硬质合金是高强度难溶的金属化合物(主要是WC、TiC等,又称高温碳化物)微米级的粉末,用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢,绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、钻孔绞刀等均已采用其制造,切削速度可达到100~200m/min以上,是最主要的刀具材料之一。但因其工艺性较差,用于复杂刀具尚受到很大限制。3新型刀具材料3.1涂层刀具涂层刀具材料是近20年出现的一种新型刀具材料。它是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的,是刀具材料发展中的一项重要突破。涂层技术可提高刀具的耐磨性而不降低其韧性,较好的解决了刀具材料存在的强度和韧性之间的矛盾,是切削刀具发展的一次革命。从上世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛(TiC)后,到1981年就把普通硬质合金刀具的切削速度从80m /min提高到300m/min。在高速钢基体上刀具涂层多为TiN,常用物理气相沉积法(PVD法)涂覆,相当于一般硬质合金的硬度,耐用度可提高2~5倍,切削速度可提高20%~40%;在韧性较好的硬质合金基体上,涂层多为高耐磨、难熔化的金属化合物,一般采用化学

硬质合金车刀几何角度选择原则

●硬质合金车刀合理前角、后角的参考值 (1)前角的选择 增大前角,可减小切削变形,从而减小切削力、切削热,降低切削功率的消耗,还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生,提高加工质量。但增大前角,会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低,容易造成崩刃,还会使刀头的散热面积和容热体积减小,使切削区局部温度上升,易造成刀具的磨损,刀具耐用度下降。 选择合理的前角时,在刀具强度允许的情况下,应尽可能取较大的值,具体选择原则如下: 1)加工塑性材料时,为减小切削变形,降低切削力和和切削温度,应选较大的前角,加工脆性材料时,为增加刃口强度,应取较小的前角。工件的强度低,硬度低,应选较大的前角,反之,应取较小的前角。用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时,应取负前角。 2)刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较高时,应取较大的前角。如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大;陶瓷刀具的韧性差,其前角应更小。 3)粗加工、断续切削时,为提高切削刃的强度,应选用较小的前角。精加工时,为使刀具锋利,提高表面加工质量,应选用较大的前角。当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时,应取较大的前角。对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具,为了保证工作的稳定性和刀具耐用度,应选较小的前角或零度前角。 (2)后角的选择 增大后角,可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦,减小磨损,还可使切削刃钝圆半径减小,提高刃口锋利程度,改善表面加工质量。但后角过大,将削弱切削刃的强度,减小散热体积使散热条件恶化,降低刀具耐用度。实验证明,合理的后角主要取决于切削厚度。其选择原则如下: 1)工件的强度、硬度较高时,为增加切削刃的强度,应选较小后角。工件材料的塑性、韧性较大时,为减小刀具后刀面的摩擦,可取较大的后角。加工脆性材料时,切削力集中在刃口附近,应取较小的后角。 2)粗加工或断续切削时,为了强化切削刃,应选较小的后角。精加工或连续切削时,刀具的磨损主要发生在刀具后刀面,应选用较大的后角。 3)当工艺系统刚性较差,容易出现振动时,应适当减小后角。在一般条件下,为了提高刀具耐用度,可增大后角,但为了降低重磨费用,对重磨刀具可适当减小后角。 为了使制造、刃磨方便,一般副后角等于主后角。下表1给出了硬质合金车刀合理后角的参考值。 表1 硬质合金车刀合理前角、后角的参考值

刀具材料的研究现状及展望

刀具材料的研究现状及展望 2012034110 李贺 【摘要】随着难加工材料的日益增多以及对加工效率的要求的提高,刀具的发展对提高生产效率和加工质量具有直接影响。本文以刀具材料为主线,介绍了高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等刀具材料的性能以及现状。根据刀具材料的优缺点提出其适合的加工切削条件,同时在理论层面提出对未来发展的思考。 【关键词】高速钢;硬质合金;陶瓷;超硬材料;研究现状;展望 1 刀具失效形式和性能要求 刀具磨损是刀具的主要失效形式,常见的失效形式有:磨粒磨损、氧化磨损、粘结磨损、扩散磨损等正常磨损;卷刀、崩刃、崩碎、打刀等非正常磨损[1]。由此,刀具材料应具有良好的力学性能,另外还应具有良好的工艺性能以及可最大限度降低刀具成本的经济性[2]。 2 高速钢刀具材料 高速钢刀具材料可分为传统熔融高速钢、粉末冶金高速钢和少无莱氏体高速钢。但随着加工材料的发展,虽然其能满足通用工程材料切削加工的要求,但其性能已不够先进。 2.1 传统熔融高速钢 熔融高速钢刀具材料分为:普通高速钢;高性能高速钢。普通高速钢具有较好的塑性,常温硬度63~66HRC,而在高温下,硬度很差。高性能高速钢的硬度普遍比普通高速钢提高2~4 个HRC,高温硬度也较好,但是其抗弯强度、韧性较低[3]。 2.2 粉末冶金高速钢、少无莱氏体高速钢 粉末冶金高速钢及少无莱氏体高速钢解决了熔炼高速钢在冷凝过程中产生的粗大碳化物偏析及碳化物粗大问题。 少无莱氏体钢在热处理时需要进行渗碳处理提高表层的含碳量,以增加硬度,表层经淬火及回火后硬度可达66~67HRC 以上,成为超硬高速钢。少无莱氏体高速钢刀具有芯韧表硬的特点,具有好的综合性能[4]。 3 硬质合金刀具材料 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物(称硬质相)和金属(称粘结相)。近年来随着材料技术的发展,将其分为P、M、K、H、S、N 六个系列[5]。P 类,主要用于切削钢材;K 类,主要用于切削铸铁;M 类,为普通型硬质 合金;H 类,主要用于切削高硬材料,如淬硬钢,冷硬铸铁等;S 类,用于切削耐热材料、高温合金等;N 类,用于切削有色金属[6]。 3.1 传统硬质合金刀具材料 分类:碳化钨基硬质合金、碳(氮)化钛基硬质合金。 性能:硬度为89.5~94HRA,具有较好的红硬性、耐磨性等综合性能,其适于加工未淬火的钢材。

机械加工基本知识

机械加工培训教材 技术篇 机械加工基础知识 2011年8 月 第一部分:机械加工基础知识

一、机床 (一)机床概论 机床是工件加工的工作母机? 一个工件或零件从原始的毛胚状态加工成所需的形状和尺寸,都需在机床上完成. 从加工的对象来分类,机床可以分为: ?金属加工机床 ?木材加工机床 ?石材加工机床等等…. 机械加工的对象大多为金属材料,所以,我们以下涉及的机床只针对金属加工机床. 金属加工机床分类: ?锻压机床---通过压力使工件产生塑形变形,例如:压力机、弯板机、剪板机等等。 ?特种机床---通过特种办法加工工件,例如:电火花机床、线切割机床、激光切割机床、水压切割机床等等。 ?金属切削机床---采用刀具、砂轮等工具,除去工件上多余的材料,将其加工成所需的形状和尺寸的机床,主要包括: 车床:工件与主轴一起旋转,刀具作轴向与径向进给运动.主要用于旋转工件、 盘类零件、轴类零件的加工.车床的分类如下: 根据主轴中心线的方向:卧式车床,立式车床. 根据车床的大小:仪表车床、小型车床、普通车床、大型车床。 根据控制方式:普通(手动)车床、简易数控车床、全功能数控车床 根据控制轴数:普通(手动)车床与数控车床(X、Z轴)、车铣中心(X、Z、C 轴)、复合车铣中心(X、Y、Z、C轴) 根据主轴及刀塔数量:单主轴、双主轴、双刀塔车床。 铣____ 床L刀具旋转,工件与工作台一起作轴向运动。主要用于方型及箱体零件加 工。铣床的分类如下: 根据主轴中心线的方向:卧式铣床,立式铣床. 根据控制方式:普通(手动)铣床、数控铣床 根据控制轴数:普通铣床(X、Y、Z轴)、4轴数控铣床(X、丫、Z、A轴)、5 轴数控铣床(X、丫 Z、A、B轴) 根据主轴数量:双主轴铣床。 镗(铣)床:刀具旋转,工件与工作台一起作轴向运动。主要用于铣削与镗孔。一般为卧式。镗床分类如下: 根据镗床大小:台式镗床、大型落地镗铣床。 根据控制方式:普通(手动)镗床、坐标镗床、数控镗床 根据控制轴数:普通镗床(X、丫Z、B轴)、带W tt的数控镗床(W X、丫、Z、B轴)、带平园盘的数控镗床(W X、丫、Z、B、U轴) 钻床L钻孔用机床。有台式、摇背钻之分,也有数控钻床。 攻丝机床:攻丝用机床。一般钻床也有攻丝功能。 加工中心:带刀库及自动换刀系统的数控铣床或镗床。有钻削中心、立式加工中心、卧式加工中心、卧式镗铣加工中心、龙门加工中心、五面体加工中心、落地镗铣加工中

四大材料刀具的性能与选择

四大材料刀具的性能与选择 刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础,刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据,要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料,才能获得良好的切削效果。就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。 高速钢:活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀,钻油孔用钻头等都为高速钢材料。 硬质合金:YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中,特别是活塞粗加工和半精加工工序。 立方氮化硼:立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。同时也应用于活塞立体靠模的加工中。 金刚石:金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削铝合金时,PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍https://www.wendangku.net/doc/ce17194328.html,,是目前铝活塞精密加工的理想刀具,已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。 刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。切削加工时,直接担负切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等,在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 每一品种刀具材料都有其特定的加工范围,只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别,例如:加工铝活塞时,金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍;YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。所以,合理选用刀具是成功进行切削加工的关键。每一种刀具材料都有其最佳的加工对象,即存在切削刀具与加工对象的合理匹配问题。 1 刀具材料应具备的性能 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑,其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃硬度,一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说,刀具材料的硬度越高,其耐磨性就越好。组织中的硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高,数量越多,颗粒越小,分布越均匀,则耐磨性越好。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR:WR=KIC0.5E-0.8H1.43式中:H——材料硬度(GPa)。硬度愈高,耐磨性愈好。

硬质合金刀具材料发展现状与趋势_陶国林

第18卷 第3期2011年6月 金属功能材料M etallic Functional M aterials Vol .18, No .3 June , 2011 硬质合金刀具材料发展现状与趋势 陶国林 1,2 ,蒋显全2,黄 靖 3 (1.重庆工商大学,重庆400067;2.重庆市科学技术研究院 新材料研究中心,重庆400020; 3.重庆机械电子技师学院,重庆400030) 摘 要:回顾了各种硬质合金刀具材料的基本性能和发展现状,并对各种刀具材料技术的研究成果及发展趋势进行了探讨,同时提出了今后的发展方向。关键词:硬质合金;刀具材料;涂层 中图分类号:T G135.5 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2011)03-0079-05 Research Status and Developing Trend of Cemented Carbide Tool TA O G uo -lin 1,2,JIA NG Xian -quan 2,H U A NG Jing 3 (1.Chongqing Technolo gy and Business U niv ersity ,Chongqing 400067,China ;2.Cho ng qing A cademy o f Science and T echno lo gy ,Chongqing 400020,China ;3.Chongqing M echanical Elec trical A rtificer Co llege ,Cho ng qing 400030,China ) Abstract :Co nventio na l pe rfor mances and resea rch status o f many kinds of cemented car bide cutting too l material are rev iewed ,and the resea rch achievement o f cemented ca rbide too ls in recent year s are discussed ;M eanw hile ,develop -ment trend in the future is put fo rw ard . Key words :ceme nted ca rbide ;cutting to ol ma te rial ;coa ting 作者简介:陶国林(1975-),男,四川德阳人,硕士,助理研究员,主要从事碳化钨硬质合金方面的研究。 随着加工业的发展,难加工材料的使用日益增多,对加工效率的要求也不断提高。刀具的发展对 提高生产效率和加工质量具有直接影响。材料成分和结构以及几何形状是决定刀具性能的3要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。目前虽然可供使用的品种很多,新型的刀具材料也不断出现,但硬质合金是最受欢迎的一种刀具材料[1]。 硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物(WC 、TiC 等)微米级粉末采用Co 、Mo 、Ni 等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品,。其高温碳化物含量超过高速钢,允许的切削温度高达800~1000℃,常温硬度达89~93H RA ;在540℃时为82~87H RA ,与高速钢常温时硬度(83~86H RA )相同;760℃时硬度达77~85H RA ,并具有化学稳定性好、耐热性高等优点。硬质合金刀具切削速度可达 100~300m /min ,远远超过高速钢,寿命是高速钢的几倍到几十倍[2] 。发达国家90%以上的车刀和 55%以上的铣刀都采用硬质合金材料制造,目前使用比重仍在增加[3]。另外,硬质合金也用来制造钻头、铣刀、齿轮刀具、铰刀等复杂刀具,硬质合金以其优良的性能正在更多的场合替代其他的刀具材料,现在已成为主要的刀具材料之一。 目前世界上硬质合金刀具已占刀具主导地位,占比达70%;金刚石、立方氮化硼等超硬刀具占比约为3%左右;而高速钢刀具正以每年1%~2%速度缩减,目前所占比例已降至30%以下。我国目前年产硬质合金1.6万t ,占全球总产量40%左右。但硬质合金制品附加值最高的切削刀片产量只有 3000余t ,只占20%[4,5] 。 从经济效益方面比较,我国刀具年销售额为

不同的刀具材料切削液的选用

不同的刀具材料切削液的选用 随着模具工业技术的不断发展和进步,新材料、新工艺不断涌现,在模具零件数控加工过程中选择合适的切削液对于保证产品加工质量、提高加工效率、减少环境污染都是至关重要的。 切削液通常也被称为“冷却液” , 在金属加工过程中它除具有润滑、冷却、排屑、防锈的功能外,还具有防泡沫、对环境友好、抗菌等功能。切削液的选用与工件表面质量和加工精度有关,还与被加工材料、加工工艺过程以及刀具材料密切相关。文章就数控刀具的常用材料与切削液的选用的关系进行探讨,旨在帮助工程技术人员正确使用切削液及有效利用数控刀具。 数控刀具典型材料: 1 .1 高速钢: 高速钢是加人了较多的钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的硬度(62HRC ~ 67HRC)和耐热性,在切削温度高达500 ~ 650 ℃时仍能进行切削;高速钢的强度高(抗弯强度是一般硬质合金的2 ~ 3 倍,陶瓷的5 ~ 6 倍)、韧性好,可在有冲击、振动的场合应用;它可以用于加工有色金属、结构钢、铸铁、高温合金等范围广泛的材料。高速钢的制造工艺性好,容易磨出锋利的切削刃,适于制造各类刀具,尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。 高速钢按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢;按制造工艺方法可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。 1 . 2 硬质合金: 硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物(WC 、TiC 等)和金属粘结剂(Cr 、Ni 等)在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的常温硬度达89HRA ~ 93HRA , 760 ℃时其硬度为77HRA ~ 85HRA ,在800 ~ 1 000 ℃时硬质合金还能进行切削,刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍,可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但硬质合金的强度和韧性比高速钢差,常温下的冲击韧性仅为高速钢的1 8 ~ 130 , 因此,硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。表1 是硬质合金的几种类型。

刀具角度选用原则

刀具几何角度的作用及选择原则 答: 1是前角; 2是后角; 3是副偏角; 4是刀尖角; 5是主偏角; 6是副后角; 7是副前角; 8是刃倾角 名称:前角 作用:加大前角,刀具锋利,切削层的变形及前面摩擦阻力小,切削力和切削温度可减低,可抑制或消除积屑瘤,但前角过大,刀尖强度降低; 选择原则:

(1)工件材料的强度、硬度低,塑性好时,应取较大的前角;反之应取较小的前角;加工特硬材料(如淬硬钢、冷硬铸铁等)甚至可取负的前角 (2)刀具材料的抗弯强度及韧性高时,可取较大的前角 (3)断续切削或精加工时,应取较小的前角,但如果此时有较大的副刃倾角配合,仍可取较大的前角,以减小径向切削力 (4)高速切削时,前角对切屑变形及切削力的影响较小,可取较小前角 (5)工艺系统钢性差时,应取较大的前角 名称:后角 作用:减少刀具后面与工件的切削表面和已加工表面之间的摩擦。前角一定时,后角愈锋利,但会减小楔角,影响刀具强度和散热面积。选择原则: (1)精加工时,切削厚度薄,磨损主要发生在后刀面,宜取较大后角;粗加工时,切削厚度大,负荷重,前、后面均要发生磨损、宜取较小后角 (2)多刃刀具切削厚度较薄,应取较大后角

(3)被加工工件和刀具钢性差时,应取较小后角,以增大后刀面与工件的接触面积,减少或消除振动 (4)工件材料的强度、硬度低、塑性好时,应取较大的后角,反之应取较小的后角;但对加工硬材料的负前角刀具,后角应稍大些,以便刀刃易于切入工件; (5)定尺寸刀具(如内拉刀、铰刀等)应取较小后角,以免重磨后刀具尺寸变化太大; (6)对进给运动速度较大的刀具(如螺纹车刀、铲齿车刀等),后角的选择应充分考虑到工作后角与标注后角之间的差异; (7)铲齿刀具(如成形铣刀、滚刀等)的后角要受到铲背量的限制,不能太大,但要保证侧刃后角不小于2°。 名称:主偏角 作用: (1)改变主偏角的大小可以调整径向切削分力和轴向切削分力之间的比例,主偏角增大时,径向切削分力减小,轴向切削分力增大;(2)减小主偏角可减小削厚度和切削刃单位长度上的负荷;同时主切削刃工作长度和刀尖角增大,刀具的散热得到改善,但主偏角过小会使径向切削分力增加,容易引起振动。 选择原则:

机械加工工艺基础知识点知识讲解

机械加工工艺基础知识点 0总体要求 掌握常用量具的正确使用、维护及保养,了解机械零件几何精度的国家标准,理解极限与配合、形状和位置公差的含义及标注方法;金属切削和刀具的一般知识、常用夹具知识;能正确选用常用金属材料,了解一般机械加工的工艺路线与热处理工序。 一、机械零件的精度 1.了解极限与配合的术语、定义和相关标准。理解配合制、公差等级及配合种类。掌握极限尺寸、偏差、公差的简单计算和配合性质的判断。 1.1基本术语:尺寸、基本尺寸、实际尺寸、极限尺寸、尺寸偏差、上偏差、下偏差、(尺寸)公差、标准公差及等级(20个公差等级,IT01精度最高;IT18最低)、公差带位置(基本偏差,了解孔、轴各28个基本偏差代号)。 1.2配合制: (1)基孔制、基轴制;配合制选用;会区分孔、轴基本偏差代号。 (2)了解配合制的选用方法。 (3)配合类型:间隙、过渡、过盈配合 (4)会根据给定的孔、轴配合制或尺寸公差带,判断配合类型。 1.3公差与配合的标注 (1)零件尺寸标注 (2)配合尺寸标注 2.了解形状、位置公差、表面粗糙度的基本概念。理解形位公差及公差带。 2.1几何公差概念: 1)形状公差:直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。 2)位置公差:位置度、同心度、同轴度。作用:控制形状、位置、方向误差。3)方向公差:平行度、垂直度、倾斜度、线轮廓度、面轮廓度。 4)跳动公差:圆跳动、全跳动。

2.2几何公差带: 1)几何公差带 2)几何公差形状 3)识读 3.正确选择和熟练使用常用通用量具(如钢直尺、游标卡尺、千分尺、量缸表、直角尺、刀口尺、万能角尺等)及专用量具(如螺纹规、平面样板等),并能对零件进行准确测量。 3.1常用量具: (1)种类:钢直尺、游标卡尺、千分尺、量缸表、直角尺、刀口尺、万能角尺。(2)识读:刻度,示值大小判断。 (3)调整与使用及注意事项:校对零点,测量力控制。 3.2专用量具: (1)种类:螺纹规、平面角度样板。 (2)调整与使用及注意事项 3.3量具的保养 (1)使用前擦拭干净 (2)精密量具不能量毛坯或运动着的工伯 (3)用力适度,不测高温工件 (4)摆放,不能当工具使用 (5)干量具清理 (6)量具使用后,擦洗干净涂清洁防锈油并放入专用的量具盒内。 二、金属材料及热处理 1.理解强度、塑性、硬度的概念。 2.了解工程用金属材料的分类,能正确识读常用金属材料的牌号。 2.1金属材料分类及牌号的识读: 2.1.1黑色金属: (1)定义:通常把以铁及以铁碳为主的合金(钢铁)称为黑色金属。

刀具角度的变化与工件材料的关系

一刀具角度的变化与工件材料的关系 1、加工灰铸铁材料时刀具角度的选择 加工灰铸铁材料时,有利于切削加工的条件是:硬度低(一般为HB=170~241范围内)、抗拉强度低、塑性小,因此切屑变形和切削抗力小。 不利于切削加工的条件是:铸件表面有带型砂的硬皮和氧化层,局部的白口铁,铸造过程中砂眼气孔缩松等缺陷,这些对刀具的耐用度是很有害的。根据铸件表面的缺陷,必须增加刀具切削部分的强度,前角应选得小些(前角选择范围10°~0°之间)。 又因为灰铸铁切削时呈碎状切屑,切削抗力全集中在切削刃上,刀尖区域内散热性差,为了增加散热面积,应选择较小的主偏角(选择范围75°~45°之间)。在不影响刀具强度条件下,应适当加大后角(选择范围6°~12°之间),以减少后面的磨损。2、加工不锈钢(1Cr18Ni9Ti)材料时刀具角度的选择 由于不锈钢材料又粘又硬,切削时不利因素较多,困难较大。根据不锈钢又粘又硬的特点:首先选择合理的刀具材料:YG8、YW1、YW2。由于不锈钢材料的塑性大,因此切屑变形大,切削力也大,为了便于加工,应选择较大的前角(选择范围15°~30°之间)。为了增加刀具强度,加前角负倒棱。为了减少切削刀具后面与工件间的摩擦,又不影响刀具强度,后角应选在8°~10°范围内。 不锈钢冷硬性强,塑性变形大,故应选择较大的主偏角(选择范围90°~75°之间),可根据加工余量选择,加工余量大时,主偏角小些,加工余量小时,主偏角大些。

不锈钢材料粘结磨损比较严重,应增加刀头部分的表面光洁度。选用合适的润滑冷却液,防止刀瘤的产生,减少刀具磨损,延长使用寿命。 先进刀具举例——不锈钢(1Cr18Ni9Ti)外圆粗车刀 〔刀具特点〕 (1)由卷屑槽形成的前角r=20°~25°,因前角较大,功率消耗较少。 (2)刀刃带有2°~3°、宽为0.2~0.3的棱边,增强了刀刃,适于大余量加工。 (3)刀刃低于刀面0.15~0.25。使切屑向前卷曲时碰在主后面上,自动断屑。 (4)由于卷屑槽较大,故不太耐冲击,所以仅适于加工余量较均匀的不锈钢。 (5)加工表面光洁度可达▽4。 〔使用条件〕 (1)适用于C620或C630车床。 (2)切削用量:切削速度v =50~100米/分, 切削深度t =2~10毫米, 走刀量s =0.2~0.3毫米。 (3)加工直径Φ50~Φ120毫米。 〔注意事项〕 (1)卷屑槽宽度3~5毫米,随切削深度的大小选定,随t增大而增大。 (2)λ=0°~8°加工零件余量不匀时,λ宜采用大值,余量均匀时选用小值。 (3)只有刀刃比刀前面低时,方能断屑。 (4)由于不锈钢切削力较大,故刀具不能离刀架太长,否则会发颤。 (5)为增加刀具寿命,减少粘刀现象,最好刃磨后进行研磨。 3、加工铸造黄铜材料时刀具角度的选择 黄铜材料加工特点是:强度硬度低,塑性小,切削抗力很小,看来这是有利于加工的条件,但是如果思想上疏忽,也会引出坏的结果。由于黄铜材料强度低、硬度低、塑性小,材料表面硬而光滑加上内部组织粗松,在切削过程中,当选用较大的前角,切削刃锋利时,容易产生“扎刀”现象。因此,刀具前角应选得小些(选择范围10°~3°之间)。 黄铜材料的导热性较好,热量大部分由切屑和工件传递出去,所以刀具主偏角可选择大些(选择范围60°~90°之间)。 4、加工铝合金材料时刀具角度的选择 加工铝合金材料时,有利的条件比较多:①它的强度硬度低,因此切削力很少,又

刀具主要几何角度及选择

--- ---- 嶺Sr吵叶#-------------------------- 刀具主要几何角度及选择 金属切削刀具切削部分的结构要素、几何角度与斧头等刀具有许多共同的特征。如图1,各种多齿刀具或复杂刀具,就其一个刀齿而言,都相当于一把斧头的刀头。现以熟悉的车刀为例说明刀具主要几何角度。 图 1 刀具的切削部分 1?车刀切削部分的组成 车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成(如图2)

TJJt 左厨刀而 图2 硬质合金外园车刀 (1)前刀面刀具上切屑流过的表面 (2)主后刀面刀具上与工件上的加工表面相对着并且相互作用的表面,称为主后刀面 (3)副后刀面刀具上与工件上的已加工表面相对着并且相互作用的表面,称为副后刀面 (4)主切削刃刀具上前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃 (5)副切削刃刀具上前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃

= ”*-F” F = - = - FF ” - - F r””*”彳 F = * = -”-* = ”= -F- F== - . H- (6) 刀尖主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。刀尖实际是一小段曲线或直线,称修圆刀 尖和倒角刀尖。 2?车刀切削部分的主要角度 (1 )测量车刀切削角度的辅助平面 赧定主运动方向 运动方向 基百Pr

= ”*-F” F = - = - FF ” - - F r””*”彳 F = * = -”-* = ”= -F- F== - . H-

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常用刀具材料分类、特点、应用及发展

金属切削原理 读书报告 《常用刀具材料分类、特点及应用》 姓名 学号 班级 学院 二○一五年五月

摘要 机械制造工业是制造业最重要的组成之一,它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务。我国现代化建设的发展速度在很大程度上要取决于机械制造工业的发展水平,因此,从这个意义上说,机械制造工业的发展水平是关系全局的。机械制造中的加工方法很多,其中材料去除加工精度较高、表面质量较好,有很强的加工适应性,是目前机械制造中应用最广泛的加工方法。材料去除加工时,刀具在工作时,要承受很大的压力。同时,由于切削产生的金属塑性变形以及各部的摩擦,使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力,在这样的条件下,刀具将迅速磨损或破损。因此刀具材料性能应满足;高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、高的耐热性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性能和经济性等要求。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层刀具以及其他刀具材料包括陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。其中陶瓷材料和超硬刀具材料对常规刀具材料的竞争越来越激烈,且所占比重快速增长。随着上述刀具材料的发展,使车削加工的切削速度提高了100多倍,而且新刀具材料出现的周期也越来越短。但在较长时间内,各种刀具材料将仍是相互补充,相互竞争。 关键词:刀具材料性能,刀具材料分类,刀具材料特点,刀具材料应用

目录 引言 (3) 第一章绪论 (3) 1.1金属切削技术的发展概况 (3) 1.2金属切削材料的研究意义 (4) 第二章刀具材料性能 (4) 2.1刀具切削环境 (4) 2.2刀具材料性能要求 (4) 2.3刀具材料主要性能 (6) 第三章刀具材料分类 (7) 3.1高速钢 (7) 3.1.1 普通高速钢 (8) 3.1.2高性能高速钢 (8) 3.1.3粉末冶金高速钢 (9) 3.2硬质合金 (9) 3.2.1钨钴类硬质合金 (10) 3.2.2钨钛钴类硬质合金 (10) 3.2.3钨钛钽(铌)钴类硬质合金 (11) 3.2.4硬质合金的选用 (11) 3.3涂层刀具 (12) 3.4其它刀具材料 (13) 3.4.1陶瓷材料 (13) 3.4.2金刚石 (14) 3.4.3立方氮化硼(简称CBN) (15) 第四章刀具材料发展 (15) 参考文献 (16)

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者:佚名来源:不详发布时间:2008-11-21 23:35:38 发布人:admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出:“由于刀具材料的改进,允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等,耐热温度已由500~600℃提高到1200℃以上,允许切削速度已超过1000m/min,使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说,刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢,其含碳量为0.7%~1.05%。高速钢具有较高耐热性,其切削温度可达600℃,与碳素工具钢及合金工具钢相比,其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性,可用于制造几乎所有品种的刀具,如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是,高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷,已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求;此外,高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭,据估计其储量只够再开采使用40~60年,因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10~20倍,其红硬性比硬质合金高2~6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差,这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类:①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分,经热压制成复合陶瓷刀具,其硬度可达93~95HRC,为提高韧性,常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷,其韧性高于氧化铝基陶瓷,硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷,其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3,硬度可达1800HV,抗弯强度可达1.20GPa,最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金,低于陶瓷材料;其横向断裂强度大于

《机械制造技术基础》知识点整理

第一章机械制造系统和制造技术简介 1.制造系统:制造过程及其所涉及的硬件,软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品的有机体,称为制造系统。 2.制造系统在运行过程中总是伴随着物料流,信息流和能量流的运动。 3.制造过程由技术准备,毛坯制造,机械加工,热处理,装配,质检,运输,储存等过程组成。 4.制造工艺过程:技术准备,机械加工,热处理,装配等一般称为制造工艺过程。 5.机械加工由若干工序组成。 6.机械加工中每一个工序又可分为安装,工位,工步,走刀等。 7.工序:一个工人在一个工作地点对一个工件连续完成的那一部分工艺过程。 8.安装:在一个工序中,工件在机床或夹具中每定位和加紧一次,称为一个安装。 9.工位:在工件一次安装中,通过分度装置使工件相对于机床床身改变加工位置每占据一个加工位置称为一个工位。 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

10.工步:在一个工序内,加工表面,切削刀具,切削速度和进给量都不变的情况下完成的加工内容称为工步。 11.走刀:切削刀具在加工表面切削一次所完成的加工内容。 12.按生产专业化程度不同可将生产分为三种类型:单件生产,成批生产,大量生产。 13.成批生产分小批生产,中批生产,大批生产。 14.机械加工的方法分为材料成型法,材料去除法,材料累加法。 15.材料成型法是将不定形的原材料转化为所需要形状尺寸的产品的一种工艺方法。 16.材料成型工艺包括铸造,锻造,粉末冶金,连接成型。 17.影响铸件质量关键因素是液态金属流动性和在凝固过程中的收缩性。 18.常用铸造工艺有:普通砂型铸造,熔模铸造,金属型铸造,压力铸造,离心铸造,陶瓷铸造。 19.锻造工艺分自由锻造和模膛锻造。 20.粉末冶金分固相烧结和含液相烧结。 21.连接成型分可拆卸的连接和不可拆卸的连接(如焊 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

关于刀具材料及其合理选用的研究

关于刀具材料及其合理选用的研究 【摘要】随着工件材料的力学性能不断提高,产品的品种和批量逐渐增多,加工精度的要求日益提高,工件的机构和形状不断复杂化和多样化,各种难加工材料的出现和应用,先进制造系统、高速切削、超精密加工、绿色制造的发展和付诸实用都对刀具提出了更高、更新的要求,进一步加强刀具材料的研究和开发,并合理地选择刀具材料,是推动切削技术应用和发展的重要前提。本文中简单介绍了适用于切削加工的各种刀具材料,包括涂层刀具、陶瓷刀具、金属陶瓷刀具、立方碳化硼刀具和聚晶精钢石刀具等,并分析各种刀具材料的合理选用。 【关键词】刀具材料;选择;切削性能;刀具;应用; 1 高速切削对刀具材料的要求 由于高速切削加工的切削速度是常规切削的5 ~ 10 倍,对刀具材料以及刀具结构、几何参数等都提出了新的要求。刀具材料的选择对加工效率、加工质量以及成本和刀具的寿命等有着重要的影响。高速切削加工除了要求刀具材料具备普通刀具材料的一些基本性能之外, 还对刀具材料有更高的要求, 主要包括: 高的硬度和耐磨性: 高速切削加工刀具材料的硬度必须高于普通加工刀具材料的硬度, 一般在HRC 60以上。刀具材料的硬度愈高, 其耐磨性愈好。! 高的强度和韧性: 刀具材料要有很高的强度和韧性, 以便承受切削力、振动和冲击, 防止刀具脆性断裂。?良好的热稳定性和热硬性:刀具材料要有很好的耐热性, 要能承受高温, 具备良好的抗氧化能力。#良好的高温力学性能: 刀具材料要有很高的高温强度、高温硬度和高温韧性。?较小的化学亲和力: 刀具材料与工件材料的化学亲和力要较小 [ 1,2] 。 2高速切削的刀具材料 2. 1 涂层刀具 涂层刀具是通过在韧性较好的刀具基体上涂覆硬质耐磨的金属化合物薄膜, 以获得远高于刀具基体的硬度和优良的切削性能。常用的刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷和金属陶瓷等。涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能, 因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。由于涂层的摩擦系数低, 切削时的切削温度降低, 切削力也减小, 大大提高了刀具的耐用度。涂层可以是单涂层, 也可以是双涂层或多涂层, 甚至可以是几种涂层材料复合而成的复合涂层。涂层刀具可以分成硬涂层刀具和软涂层刀具。硬涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛( T iN )、碳化钛( T iC)、碳氮化钛( T iCN) 、氮化铝钛( T iA lN) 、碳氮化铝钛( T iA lCN ) 和氧化铝( A l2O3 )等。硬涂层刀具的主要优点是硬度高、耐磨性能好。软涂层刀具的涂层材料主要有MoS2 和WS2。软涂层刀具可以减少摩擦, 降低切削力和切削温度。TiN涂层的硬度高、耐磨性好, 具有很高的化学稳定性, 可大大减少刀具与工件之间的摩擦系数; T iC 涂层与被切削金属的亲和力小, 润湿性好, 抗氧化性强, 具有良好的抗摩擦磨损性能; T iA lN涂层刀具, 不仅具有T iN 的硬度和耐磨性, 而且在高速切削时, 氧化生成A l2O3 起到抗氧化和抗扩散磨损的作用, 具有良好的切削性能, 其最高工作温度可达800% ; A l2O3 涂层在高温下具有良好的热稳定性, 适用于高速切削时产生大量热的刀具; 金刚石膜涂层刀具主要适用于加工有色金属; M oS2 和W S2 作为软涂层材料的高速钢刀具主要用于加工高强度铝合金、钛合金或贵重金属材料[4] 。最新开发的纳米涂层材料刀具在高速切削中的应用前景也很广阔。如日本位友公司已开发出纳米T iA lN 复合涂层铣刀片, 共2000层涂层, 每层厚度为2. 5nm。应用较广泛的涂层工艺有化学气相沉积法( CVD 法) 和物理气相沉积法( PVD法) 。PVD法主要用于高速钢刀具涂层, PVD法和CVD法均可用于硬质合金刀具涂层。 2. 2 陶瓷刀具

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