金属切削加工与刀具教学课件作者武友德教学单元4切削条件的合理选择.ppt

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1、教学单元4切削条件的合理选择4.1任务引入4.2相关知识4.3任务实施4.1任务引入已知:如图4-1所示为加工工件尺寸，工件材料为45钢热轧棒料，σb=0.637GPa。工件原始坯料直径为φ60mm，粗车外圆至φ54mm,Ra12.5μm;半精车外圆至φ53mm,Ra3.2μm。所选机床为CA6120。粗车和半精车时的刀具材料、刀具几何参数和切削用量该如何选择呢?返回4.2相关知识4.2.1刀具材料及其选用一、概述1.刀具材料应具备的性能在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切屑变形和摩擦产生的高温，要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的切削性能

2、。(1)高的硬度和耐磨性刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。常温下一般应在HRC60以上。一般说来，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好。耐磨性除与硬度有关外，还与刀具金相组织中碳化物的种类、数量、大小及分布情况有关。下一页返回4.2相关知识(2)足够的强度和韧性刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。一般用刀具材料的抗弯强度和冲击韧性值来反映材料强度和韧性高低。(3)良好的耐热性和导热性刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度，这是刀具材料必备的关键性能。耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。

3、高温硬度是其重要指标，常用耐热温度表示。如高速钢约为600℃，硬质合金可达800℃~1000℃刀具材料的导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。上一页下一页返回4.2相关知识(2)良好的工艺性为便于制造，要求刀具材料具有良好的可加工性。包括热加工性能(热塑性`可焊性、淬透性)和机械加工性能。(5)稳定的化学性能这是提高刀具抗化学磨损的需要。刀具材料的化学性能越稳定，在高温、高压下，才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。刀具材料与工件材料的亲和力小，则刀具材料的抗黏结性能好，黏结磨损小。此外，刀具材料还应具有较好的经济性，以便于推

4、广使用。同时应注意立足于国内的刀具材料。上一页下一页返回4.2相关知识2.刀具材料类型当前使用的刀具材料分四大类:工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)，硬质合金，陶瓷，超硬刀具材料。一般机加工使用最多的是高速钢与硬质合金。各类刀具材料硬度与韧性如图4-2所示。一般硬度越高者可允许的切削速度越高，而韧性越高者可承受的切削力越大。工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能好，故广泛用于中、低速切削的成形刀具，不宜高速切削。硬质合金耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧性不及工具钢，焊接刃磨工艺性也比工具钢差，多用于制作车刀、铣刀及各种高效切削刀具。上一页

5、下一页返回4.2相关知识3.刀体材料一般均用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车刀、镗刀、钻头、铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成形铣刀、拉刀等。机夹,可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作，如9CrSi或GCr15等。对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径镗刀、铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度。上一页下一页返回4.2相关知识二、碳素工具钢与合金工具钢碳素工具钢是含碳量较高的碳钢，含碳量为0.70%~1.35%。含碳量越高

6、，硬度与耐磨性越好，但韧性越低。碳素工具钢淬火后硬度为HRC60~62，与一般高速钢相近。但是，它的耐热性很差，当切削刃工作温度超过200℃~250℃时，硬度将急剧下降，失去切削能力。因此，碳素工具钢只能在8~10m/min的切削速度下工作。碳素工具钢的淬透性差，淬硬层薄(一般为3mm)，且淬火时须在水中急速冷却，容易产生淬火变形和开裂。上一页下一页返回4.2相关知识在碳素工具钢中加入一定量的合金元素，如钨、铬、钼、钒、锰、硅等，即成为合金工具钢。这些钢淬火后的硬度达HRC60~65，与碳素工具钢差别不大，但耐热性稍高,300℃~400℃，因此切削速度可比碳素工具钢高

7、20%左右。与碳素工具钢相比，它的主要优点是淬火变形小，淬透性高，适于制造要求热处理变形小的低速刀具。三、高速钢高速钢是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。因刃磨时易获得锋利的刃口，又称“锋钢”。上一页下一页返回4.2相关知识高速钢有很高的强度，抗弯强度为一般硬质合金的2~3倍，韧性也高，比硬质合金高几十倍。高速钢的硬度为HRC63~69。热处理变形较小。更主要的优点是有较高的耐热性，在切削温度达500℃~650℃时，尚能进行切削。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高