第二节 刀具与切削过程
一、刀具组成与刀具角度
1、刀具的结构组成
车刀由切削部分和刀柄(或称刀杆)两部分组成，见图2-16。刀柄是刀具上用于夹持的部分，切削部分是由前刀面、后刀面和切削刃等组成的，起切削作用的部分。切削部分结构要素及其定义如下：
（1）前刀面 即切屑沿其流过的刀具表面。
（2）主后刀面 即与工件上过渡表面（加工表面）相对着的刀具表面。
（3）副后刀面 即与工件上巳加工表面相对着的刀具表面。
（4）主切削刃 即前刀面与主后刀面的相交部位。
（5）副切削刃 即前刀面与副后刀面的相交都位。
（6）刀尖 即主切削刃与副切削刃之间一个较小的连接部位。刀尖可以是主、副切削刃的交点，但大多数刀具在刀尖处磨出圆弧或直线切削刃。具有圆弧切削刃的刀尖，称为圆弧刀尖；具有直线切削刃的刀尖，称为倒角刀尖。
刀具上每条切削刃都可以有自己的前刀面和后刀面，为设计、制造和刃磨的方便，各切削刃往往共用一个前刀面。
图2-16 车刀的组成
2、刀具几何角度
刀具的刀面及切削刃之间的空间位置关系，可以用刀具几何角度表示。为定义刀具角度，采用的一系列坐标平面或测量平面所构成的平面系，称为刀具参考系。
（1）标注刀具几何角度的参考系
刀具角度可分为两大类：一类是刀具工作状态下的角度，刀具工作状态与刀具安装和切削运动条件有关；另一类是刀具假定条件下的角度，如假定主运动和进给运动方向，目的是使刀具具有一组不随工作条件而变化的角度值，便于刀具制造、刃磨和测量。因此，定义刀具角度的基准系也分为下列两类：
刀具标注系 即定义刀具制造、刃磨和测量时使用的角度的刀具基准系。在刀具标注系中定义的角度，称为刀具标注角度。
刀具工作系 即定义刀具切削过程中的角度的刀具基准系。在刀具工作系中定义的角度，称为刀具工作角度。
（2）车刀的标注系
刀具标注系主要由下列平面组成，见图2-17：
图2-17 刀具基准系
基面 基面是通过切削刃上选定点，且垂直于假定主运动方向的平面。车刀的基面平行于车刀底面。
切削平面 切削平面是通过切削刃上选定点，与切削刃相切，且垂直于基面的平面。
正交平面 正交平面是通过切削刃上选定点，且垂直于基面和切削平面的平面。也可理解为垂直于切削刃在基面上的投影的平面。
同样道理，通过副切削刃上选定点如图2-18中的A′点，也可建立三个坐标平面。副切削刃上选定点所建立的三个坐标平面为基面、副切削平面和副正交平面。
图2-18 主、副切削刃上坐标平面
（3）车刀的标注角度
刀具的标注角度是刀具制造、刃磨和测量的依据。正交平面参考系的标注角度有以下几个。
前角 在正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角，见图2-19。前刀面与基面平行时，前角为零；前刀面与切削平面之间夹角小于90°时，前角为正；反之为负。前角愈大，刀具愈锋利，但强度愈差。
后角 在正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角图2-19。后刀面与切削平面重合时，后角为零。后刀面与基面之间夹角小于90°时，后角为正；反之为负。后角为正值。后角愈大，刀具与工件之间的摩擦愈小，但刀具强度愈差。
主偏角 在基面中测量的主切削刃在基面的投影与进给运动方向之间的夹角，见图2-19。主偏角影响刀头强度、散热和切削层断面形状。
刃倾角 在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角，如图2-19中B向所示。若
刀尖处于主切削刃上最高点时，刃倾角为正；反之为负。
副偏角 在基面中测量的副切削刃在基面的投影与进给运动反方向之间的夹角。副偏角影响刀头强度、散热和已加工表面的粗糙度。
副后角 在副正交平面中测量的副后刀面与副切削平面之间的夹角。副后角影响副后刀面与已加工表面之间的摩擦和刀头强度。
综上所述，由主、副两条切削刃和前刀面、主后刀面、副后刀面三个刀面组成的刀具，共有前角、后角、副后角、主偏角 、副偏角、刃倾角六个基本角度。
图2-19 正交平面参考系中刀具的标注角度
3、刀具工作角度
刀具标注系中的各基准平面，是在假定条件下确定的。假定条件是指假定主运动和进给运动的方向，这两个运动方向一般假定为：平行或垂直于刀具制造时适于定位或定向的平面或轴线。车刀的标注角度是在假定的运动条件(进给量为零)和安装条件(切削刃上选定点与工件轴线等高，刀柄轴线与进给方向垂直)下确定的。在实际切削时，由于进给运动以及安装情况的影响，车刀的工作角度就不同于标注角度。
（1）刀具安装高低对工作角度的影响
图2-20表示切断刀主切削刃比工件中心装高h时，其工作角度的变化情况。此时，工作基面与工作切削平面，与静态的基面静态切削平面均不同，工作前角增大，工作后角减小。当刀刃低于工件中心时，工作前角减小，工作后角增大。在孔内切槽时，主切削刃安装高低对工作角度的影响与上述相反。
图2-20 刀具安装高低对工作角度的影响
（2）刀柄轴线与进给方向不垂直时对工作角度的影响
图2-21表示车刀刀柄轴线与进给方向不垂直时对主、副偏角工作角度的影响。
图2-21刀柄轴线与进给方向不垂直时对工作角度的影响
（3）横向进给运动对工作角度的影响
图2-22表示切断刀对工件切断时其工作角度的变化。
当切削刃愈接近工件中心时，工作后角愈小。切削刃继续接近工件中心，工作后角会变成负值，这时后刀面会顶挤工件。
而对于切槽和不切到中心的车端面，f较小，工作角度变化较小，可忽略不计。
图2-22 横向进给运动对工作角度的影响
（4）纵向进给运动对工作角度的影响
图2-23表示车削方牙螺纹时，螺纹车刀左、右切削刃工作角度的变化。
图2-23 纵向进给运动对工作角度的影响
因为方牙螺纹的Ψ较大，为抵消工作时刀具角度的变化，螺纹车刀两侧后角应事先磨得
不一样大小，但其右切削刃的前角仍负得相当多。为改善其切削条件，可在螺纹车刀的右切削刃上加磨前角(图2-23b)或将螺纹车刀倾斜Ψ角安装(图2-23c)。在后者情况下，两侧切削刃的工作前、后角就等于其刃磨前、后角(标注角度)了。
而对于纵车外圆，由于进给量f 较小、工件直径较大，所以工作角度变化甚小,可以忽
略不计。
4、切削层参数和残留面积
切削层参数影响切屑变形和切削力。残留面积影响加工表面的粗糙度。
（1）切削层参数
所切削的一层材料，如图2-24所示。工件旋转一周，车刀切削层是指工件上正在被刀
具的切削刃由位置I 沿进给方向移动到位置Ⅱ，切削层公称横截面为平行四边形 ABCD。
切削层厚度(mm)是垂直于工件过渡表面测量的切削层横截面尺寸(图2-24a)
切削层宽度 (mm) (图2-24a)是平行于工件过渡表面测量的切削层横截面尺寸：
切削层横截面积(mm 2)为平行四边形面积。
（a） （b）
(2)残留面积
在副偏角，所以工件已加工表面上有一块残留面积△ADE(图2-24a)或弧
边三
生变形，形成切屑，伴随产生积屑瘤和加工硬化，产生切
图2-24 切削层参数
由于车刀上存角形△ADE(图2-24b)未被切掉。这块残留面积是造成工件表面粗糙度的一个原因。
二、切削过程中的基本规律
刀具在切削材料时，切削层发
削力程
刀具前刀面对工件上切削层的压缩过程(以刨削为例，见图2-25)。金属
图2-25 金属的压缩与切削 图2-26 剪切滑移形成切屑
（2）金属切削过程中的变形区
、切削热和刀具磨损等一系列现象。
1、切削变形
(1)金属切削过金属切削过程类似受压缩时，与主应力成45°角的方向上产生最大剪应力。当剪应力达到材料屈服点以后，金属的晶格滑移，产生塑性变形。切削金属时，与刀具作用在工件上的力F(工件作用于刀具前、后刀面的正压力与摩擦力合力的反作用力)约成45°角方向的剪切面上产生滑移(图2-26)，切削层由此形成切屑，切屑沿着刀具前刀面排出。
。第1变形区切削刃前方的变形区图2-27 三个变形区
（3）切屑的种类和形状
不同，切屑变形的性质和程度不同，常见的切屑有三种基本类型(图
前角、很大的进给量和很低的切削速度切削钢等塑性金属时，形成的是节(指采用合理的刀具前角，合理的切削用量)切削钢等塑性金属时，形成的是铸铁、黄铜等，形成片状或崩碎切屑（图2—28c）。工件材料越脆，刀具前切削层大致可以划分成三个变形区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ (图2-27)，主要是沿剪切面的滑移变形区。切屑单元受刀具前刀面挤压已成梯形，切屑弯曲地排出。第Ⅱ变形区是与刀具前刀面接触的切屑底层变形区。切屑底层受到前刀面的挤压与摩擦，其流动速度较上层略缓，甚至滞留在前刀面上，形成积屑瘤。第Ⅲ变形区是近切削刃处已加工表面的变形区。该处受切削刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦，造成工件表面的加工硬化。三个变形区中，第Ⅰ变形区的变形量最大。
由于加工材料和切削条件2-28)。
① 节状切屑当以很小的刀具状切屑(图2—28a)。这种切屑较厚，一面有锯齿形的剪裂缝。形成这种切屑时金属变形很大，切削力有波动，加工出的工件表面较粗糙。
② 带状切屑
正常切削条件下带状切屑(图2—28b)。此时切削平稳，加工出的工件表面粗糙度较小。带状切屑高速流出时，乱窜乱撞，既影响操作安全，也会缠绕到工件上划伤已加工表面，还会使自动加工无法进行，应采取断屑或卷屑措施。
③ 崩碎切屑
切削脆性金属如角越小，越容易形成此类切屑。形成崩碎切屑时，切屑与工件分离面凹凸不平，所以加
工表面比较粗糙。
图2-28 切屑的种类
（4）积屑瘤
塑性金属，刀具切削刃附近的前面上粘附着一块很硬的金属堆积物，
在一定的条件下切削这就是积屑瘤，如图2-29所示．研究证明，积屑瘤材料主要来自切屑底层，少量来自工件。积屑瘤经过很大塑性变形，加工硬化严重，硬度约为母材的2～3倍，能代替切削刃进行切削，对切削过程有重大影响。
① 积屑瘤的成因
所谓粘结，就是在两种固体
（a）楔形积屑瘤 (b) 鼻形积屑瘤
当积屑瘤长到一定高度时，积屑瘤会破裂，部分会残留在已加工表面上，积屑瘤又重新成长存在害多利少，
精加工时应完全避免积屑瘤，粗加工时可以利用。不过削液等，可以减少切削变形，减少切屑与刀具前刀面的摩擦，因而可以避免积屑瘤的产生。具迫使切削层变形形成切屑，
刀具作用在工件上的力或工件反作用于刀具的力称在切削钢、铝合金产生带状切屑时，在刀—屑界面存在着粘结。金属相接近到原子间距离的程度时，所产生的金属结合现象。由于刀—屑界面存在着粘结，当切屑流动时，则在切屑底层的流变层内部产生滑移塑性流动，使流变层中的部分金属层层堆积在刀具前刀面上，长大成为积屑瘤。
图2-29 积屑瘤
。如果切削条件一定，积屑瘤的成长和脱落，大致周期性地重复，具有相对稳定性。
② 如何避免积屑瘤
一般情况下，积屑瘤的，若能使积屑瘤稳定存在，并连续排除切削区而带走大量的热量，则有利于切削。
为避免积屑瘤应采用高速切削或低速切削。另外，增大刀具前角，研磨前刀面和使用切
2、切削力
切削时，刀为切削力。总切削力F 可以分解为三个互相垂直的分力，见图2-30。
是主运动切削速度方向的分力，称切向力，是主要耗功的力，又称主切削力。
c F
F是背吃刀量方向的分力，称吃刀抗力，又称径向力。
p
F是进给量方向的分力，为走刀抗力，又称轴向力。
f
三个切削分力中切向力最大，它要消耗车削功率的95％以上。当背吃刀量ap和进给量f很大时，车床会因功率不够造成“闷车”。
图2-30 切削力
径向力约为切向力的0.2～0.6倍。车外圆时，在径向，工件与刀具间无相对运动，所以径向力不作功，不消耗机床功率。但使机床，夹具、工件等变形仅可能引起振动，使工件产生形状误差，表面粗糙度增大。
轴向力约为切向力的0.1～0.4倍。因为进给速度与切削速度相比极为微小，所以它消耗机床功率很小。工件夹得不紧时，轴向力会使工件从卡盘中缩进去。它是设计或验算机床进给机构强度和刚性的主要依据。
工件材料的强度或硬度愈高，则切削分力愈大。背吃刀量和进给量愈大，切削分力也愈大。增大刀具前角，可使它们减小。增大主偏角，会使轴向力增大、径向力减小。使用切削液，能使三个分力都减小一些。
3、切削热和切削温度
（1）切削热
切削过程中材料的变形，切屑、工件与刀具间摩擦所消耗的功，绝大部分都转化为热，称为切削热。三个变形区就是三个热源。切削热从切屑、刀具、工件和周围介质(空气，切削液)中传散如图2-31，其中切屑带走的热量最多。
图2-31 切削热源与传散
（2）切削温度
切削热使刀具、切屑、工件的温度升高。刀具、切屑、工件上各点的温度都不一样。车削钢等塑性材料时，最高温度在近刀尖处与切屑接触的前刀面上。车削铸铁等脆性材料时，
最高温度在近刀尖处与工件接触的后刀面上。由于测温方法所限，通常所说的切削温度，是指切屑、工件与刀具接触表面上的平均温度。
切削温度的高低不仅决定于切削热产生的多少，而且决定于切削热传散的快慢。如果变更切削条件，使散走的热量比产生的热量更多，则切削温度会降低；反之，则升高。
切削热和切削温度对切削加工的生产率和工件的质量影响很大。切削温度高；会加剧刀 具的磨损，甚至使刀具丧失切削能力，因而限制了生产率的提高。切削热使工件膨胀，会影响工件的尺寸精度。车细长轴时，若工件伸长受阻，引起轴向弯曲，造成工件形状误差。切削热引起刀柄伸长会影响工件的精度。切削热使刀具磨损加快，会使工件表面质量下降。
工件材料的强度、硬度愈高，热导率愈低，加工时切削温度愈高。提高切削用量，将使切削温度升高。实验证明：切削速度提高一倍，切削温度要升高30％左右；进给量提高一倍，切削温度要升高15％左右；而背吃刀量提高一倍，切削温度只升高7％左右。降低切削速度，减少背吃刀量和进给量，适当增大刀具的前角、主偏角，增大刀尖圆角半径，可以降低切削温度。而降低切削温度最有效的措施是在切削中浇注切削液。
4、刀具磨损和刀具耐用度
（1）刀具磨损
刀具在切削过程中，其前刀面、后刀面上微粒材料被切屑或工件带走的现象，称为刀具磨损。刀具磨损表现在后刀面上形成后角为零的小棱面，前刀面上形成月牙洼(图2-32)。
图2-32 车刀的磨损形态
（2）刀具磨损的原因
① 机械磨损
工件材料中的硬质点及积屑瘤碎片在刀面上刻划使刀具磨损。机械磨损是低速切削时刀具磨损的主要原因。
② 热—化学磨损
由于切削温度升高而引起磨损加剧。归结起来有粘结磨损、相变磨损、扩散磨损、氧化磨损等。
对高速钢刀具而言，因相变而变软，使机械磨损所造成的磨损加剧；刀具钝了，切削力和切削热增加，切削温度升高，磨损更快。对硬质合金刀具而言，切削温度升高，切屑、工件与硬质合金粘结加剧；硬质合金中W、Ti，C、Co等元素向工件、切屑中扩散而使硬质合金变软；硬质合金表层被氧化而变软；所有这些都在正常情况下，刀具磨损量随切削时间增长而增加。
（3）刀具磨损过程
图2-33表示刀具后刀面磨损量VB与切削时间的关系。从中可以看出，刀具磨损大致分成三个阶段：
图2-33 刀具磨损过程
① 初期磨损阶段(Ⅰ段) 由于新刃磨的刀具表面粗糙不平，与工件过渡表面之间实际接触面积小，表面压强大，因此磨损速度快，磨损曲线在该处斜率较大。
② 正常磨损阶段(Ⅱ段) 刀具的粗糙表层被磨平后，压强减小，磨损量随切削时间增长而缓慢增加，曲线斜率较小。
③ 急剧磨损阶段(Ⅲ段) 当磨掼量VB达到一定程度后，由于热效应，磨损急剧加速造成硬质台金刀具磨损加剧。丧失切削性能。
刀具磨损在达到Ⅲ段前必须重磨或将可转位刀片转位，这个磨损限度称为磨钝标准。由于所有刀具后刀面上都有磨损，它对加工精度和切削力的影响比前刀面磨损的影响要显著，并且易于测量和控制，所以通常都以后刀面磨损带宽度VB作为刀具磨钝标准。刀具的磨钝标准一般为lmm左右。对于精加工用的刀具，达不到工件质量要求时，就要重磨或将刀片转位，此时磨钝标准仅为0.2mm左右。
（4）刀具破损
硬质合金刀具和陶瓷刀具因为较脆，当受到冲击或因内部焊接应力、刃磨应力而导致刀片裂纹、表面剥落、崩刃和碎裂的称为刀具破损。
（5）刀具耐用度
刀具耐用度是指刀具从开始切削到达到磨钝标准为止总的切削时间。刀具耐用度可以衡量刀具材料的切削性能，可以判断刀具角度是否合理，可以比较工件材料的切削加工性。当刀具材料、角度以及工件材料确定后，显然，刀具耐用度决定于切削用量。对于某一切削加工，当工件材料，刀具材料和刀具形状选定后，切削用量就是影响刀具耐用度的可变因素。切削用量中对T影响最大的是切削速度，其次是进给量、最小的是背吃刀量。
（6）刀具耐用度的合理数值
刀具耐用度对生产率和加工成本影响很大。T定得过长，就只能选择较小的切削用量，于是生产率降低；由于生产周期增长，成本增加。T定得过短，又会增加磨刀、换刀等辅助时间，生产率降低，成本增加。因此，就存在一个合理的刀具耐用度。通常根据单件工序工时最短的原则来确定的最大生产率刀具耐用度；或者根据单件工序成本最低的原则来确定的最经济使用刀具耐用度。一般就采用经济使用刀具耐用度，除非某工序成为生产中的薄弱环节，为了追求整体效益，则该工序采用最大生产率刀具耐用度。目前我国采用的刀具耐用度参考数值如下：
高速钢 30 min～90 min
硬质合金 15 min～60 min
自动机床和自动线用刀具 240 min～480 min
三、切削过程的控制与优化
1、工件材料的切削加工性
（1）衡量切削加工性的指标
工件材料的切削加工性，除主要决定于材料自身的化学成分，金相组织、机械物理性质外，还与切削条件和对切削过程的要求有关。通常用刀具耐用度或在一定耐用度下允许的切削速度；切削力；表面粗糙度，或表面质量等一个或几个指标来衡量。
在上述各指标中，目前多采用在一定耐用度下所允许的切削速度这个指标。其含
义是当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度。值愈高，该材料的切削加工性愈好。
为了对各种材料的切削加工性进行比较，用相对加工性Kr来表示。它是以切削抗拉强度σb=0.735GPs的45钢，耐用度T=60min时的切削速度υ060，为基准，和切削其它材料时的υ60的比值。
当Kr＞1时，该材料比45钢容易切削，切削加工性好； Kr＜1时，该材料比45钢难切削，切削加工性差。
（2）改善切削加工性的措施
除选择或研制最合适的刀具材料，选择合理的几何参数，选择合理切削参数外，应注意如下几点：
① 合理选择材料供应状态
例如，低碳钢以冷拔状态最易切削，中碳钢以部分球化的珠光体组织最易切削，高碳钢则以完全球化的退火状态易于切削，锻件、气割件的余量不均且有硬度，切削加工性不如冷拨或热轧毛坯好。
② 选用适当的热处理辅助工艺
通过热处理改变材料的金相组织，是改善材料切削加工性的主要方法。例如，低碳钢用正火处理，高碳钢用球化退火，铸钢件用高温球化退火，2Crl3经调质处理，氮化钢用去应力退火，白口铸铁在950～1000°C长期高温退火等等，都能改善它们的切削加工性。
③ 选择或研制切削加工性好的材料
例如，研制切削加工性好的材料，如早已成功使用的各种易切钢，易切黄铜等；若有几种材料均能满足某零件的使用要求，设计时应选择加工性好的材料；保证被切件使用要求的前提下，适当调整化学成分，改善切削加工性。
2、刀具材料
刀具材料切削性能的优劣直接影响切削加工的生产率和加工表面的质量。刀具新材料的出现，往往能大大提高生产率，成为解决某些难加工材料的加工关键，并促使机床的发展与更新。
（1）对刀具切削部分材料的要求
金属切削过程中，刀具切削部分受到高压、高温和剧烈的摩擦作用；当切削加工余量不均匀或切削断续表面时，刀具还受到冲击。为使刀具能胜任切削工作，刀具切削部分材料应具备以下切削性能：
① 高硬度和耐磨性
刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须大于工件的硬度。在室温下，刀具的硬度应在60HRC以上。刀具材料的硬度愈高，其耐磨性愈好。
② 足够的强度与韧性
为使刀具能够承受切削过程中的压力和冲击，刀具材料必须具有足够的强度与韧性。
③ 高的耐热性与化学稳定性
耐热性是指刀具材料在高温条件下仍能保持其切削性能的能力。耐热性以耐热温度表
示。耐热温度是指基本上能维持刀具切削性能所允许的最高温度。耐热性愈好，刀具材料允许的切削温度愈高。
化学稳定性是指刀具材料在高温条件下不易与工件材料和周围介质发生化学反应的能力，包括抗氧化和抗粘结能力。化学稳定性愈高，刀具磨损愈慢。耐热性和化学稳定性是衡量刀具切削性能的主要指标。
刀具材料除应具有优良的切削性能外，还应具有良好的工艺性和经济性。它们包括：工具钢淬火变形要小，脱碳层要浅和淬硬性要好；高硬材料磨削性能要好；热轧成形的刀具高温塑性要好；需焊接的刀具材料焊接性能要好；所用刀具材料应尽可能是我国资源丰富、价格低廉的。
（2）常用刀具材料
常用刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬材料四类。
① 高速钢
高速钢是一种含钨、钼、铬、钒等合金元素较多的合金工具钢，其碳的质量分数在l％左右。高速钢热处理后硬度为62—65HRC，耐热温度为550～600°C，抗弯强度约为3500MPa，冲击韧度约为每平方米0.3MJ。高速钢的强度与韧性好，能承受冲击，又易于刃磨，是目前制造钻头、铣刀、拉刀、螺纹刀具和齿轮刀具等复杂形状刀具的主要材料。高速钢刀具受耐热温度的限制，不能用于高速切削。
② 硬质合金
硬质合金是由高硬度、高熔点的碳化钨(WC)，碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)粉末用钻(Co)粘结后压制、烧结而成。它的常温硬度为88～93HRA，耐热温度为800～1000℃，比高速钢硬、耐磨、耐热得多。因此，硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具大5～10倍。但它的抗弯强度只有高速钢的l／2～1／4，冲击韧度仅为高速钢的几十分之—。硬质合金性脆，怕冲击和振动。
由于硬质合金刀具可以大大提高生产率，所以不仅绝大多数车刀、刨刀、面铣刀等采用了硬质合金，而且相当数量的钻头、铰刀、其他铣刀也采用了硬质合金。现在，就连复杂的拉刀、螺纹刀具和齿轮刀具，也逐渐用硬质合金制造了。
我国目前常用的硬质合金有三类：
钨钻类硬质合金 由WC 和Co 组成，代号为YG，接近于ISO 的K 类，主要用于加工铸铁、有色金属等脆性材料和非金属材料。常用牌号有YG3、YG6和YG8。数字表示含Co 的百分比，其余为含WC 的百分比。硬质合金中Co 起粘结作用，含Co 愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，YG6适于半精加工，YG3适于精加工和连续切削。
钨钛钴类硬质合金 由WC、TiC 和Co 组成，代号为YT，接近于ISO 的P 类。由于TiC 比WC 还要硬，耐磨、耐热，但是还要脆，所以YT 类比YG 类硬度和耐热温度更高。不过更不耐冲击和振动。因为加工钢时塑性变形很大，切屑与刀具摩擦很剧烈，切削温度很高；但是切屑呈带状，切削较平稳，所以YT 类硬质合金适于加工钢料。钨钛钻类硬质合金常用牌号有YT30、YTl5和YT5。数字表示含TiC 的百分比。所以YT30适于对钢料的精加工和连续切削，YTl5适于半精加工，YT5适于粗加工和断续切削。
钨钛钽(铌)类硬质合金 由YT 类中加入少量的TaC 或NbC 组成，代号为YW，接近于ISO 的M 类．YW 类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热温度、抗弯强度和冲击韧度均比YT 类高一些，其后两项指标与YG 类相仿。因此，YW 类既可加工钢，又可加工铸铁和有色金屑，称为通用硬质合金。常用牌号有YWl 和YW2，前者用于半精加工和精加工，后者用于粗加工和半精加工。
现在硬质合金刀具上，常采用TiC C、TiN、等高硬材料的涂层。涂层硬质合金
32O Al
刀具的寿命比不涂层的提高2～10倍。
③ 陶瓷材料
陶瓷材料的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性均忧于硬质合金，但比硬质合金更脆，目前主要用于精加工。现用的陶瓷刀具材料有氧化铝陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷(Si3N4)和Si3N4—复合陶瓷四种。20世纪80年代以来，陶瓷刀具迅速发展，金属陶瓷、氮化硅陶瓷和复合陶瓷的抗弯强度和冲击韧度已接近硬质合金，可用于半精加工以及加切削液的粗加工。
32O Al ④ 超硬材料
人造金刚石 是在高温高压下，借金属的触媒作用，由石墨转化而成。人造金刚石用于制造金刚石砂轮以及经聚晶后制成以硬质合金为基体的复合人造金刚石刀片作刀具使用。金刚石是自然界最硬的材料，有极高的耐磨性，刃口锋利，能切下极薄的切屑；但极脆，与铁系金属有很强的亲合力，不能用于粗加工，不能切削黑色金屑。目前人造金刚石主要用于磨料，磨削硬质合金：也可用于有色金屑及其合金的高速精细车削和镗削。
立方氮化硼(CBN) 是在高温高压下，由六方晶体氮化硼(又称白石墨)转化为立方晶体而成。立方氮化硼具有仅次于金刚石的极高的硬度和耐磨性，耐热温度高达1400～1500°C，与铁系金属在1200～1300°C 时还不起化学反应。但在高温时与水易起化学反应，所以一般用于干切削。立方氮化硼适于精加工淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料。
3、刀具几何参数的合理选择
刀具几何参数，是指决定刀具切削部分几何形状的有关角度和尺寸，包括几何角度、刃区剖面形式及参数、刀面形式及参数、刃形及参数等。
刀具的切削性能取决于它的材料，结构和几何参数。可见刀具几何参数是研究和改革刀具的三项基本内容之一。它们选择是否合理，对切削质量、切削效率、刀具寿命和加工成本，有着直接的、重大的影响。
（1）几何角度的选择
① 前角
前角是刀具最基本的角度之一，它对切屑形成过程的影响很大。
前角最基本的作用是减小切屑变形。增大刀具前角，可减小前面挤压切削层时被切金属的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，减小切削刃钝圆半径，使刃口更锋利，从而减小刃前金属的塑性变形。所以，前角增大，切削力和切削功率降低，产生的切削热减少。前角在30°内增大，可降低切削温度。增大前角，有利于提高工件表面质量。
综上所述，前角在一定范围内增大，有利方面占主导地位，但前角增大过多，则不利方面占主导地位。由此可见在每一具体切削条件下，前角都有一个最合理的数值见图2-34。
通常按工件、刀具的材料和加工情况进行选择刀具前角。
（a）前角合理数值随刀具材料变化 （b）前角合理数值随工件材料变化
图2-34 前角合理数值
② 后角和副后角
后角也是刀具最基本的角度之一，它对刀具与工件之间的摩擦影响很大。
后角和副后角的主要作用是减小刀具与工件之间的摩擦，减轻刀具磨损，保证已加工表面质量。增大后角，也可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口的锋利程度，减小刃前被切金属的变形。但是，后角过大，会降低切削刃的强度和散热能力。象前角一样，后角过大过小都不好，也有一个合理数值。
刀具后角主要按刀具磨损特点进行选择。其次，适当考虑工件材料，刀具材料和刀具使用特点。
为使制造、刃磨方便，在一般情况下，副后角等于主后角。但切断刀、切槽刀以及切削环境类似的锯片铣刀等例外，它们因受刀头强度的限制，通常取αo′=1°～2°。
③ 主偏角和副偏角
不论是主偏角、副偏角或过渡刃偏角，它们的共同功用是，使刀具的各条切削刃有合理的分工，联结和配合，保证合理的刃形和切削图形，同时保证刀尖部位具有足够的强度和散热体积。
主偏角和副偏角的作用在于：影响残留面积高度，减小主偏角或副偏角，能降低残留面积高度；影响刀具耐用度，减小主偏角或副偏角，使刀尖强度和散热体积增大，使刀具耐用度提高；影响分切削力的大小和比例，减小主偏角或副偏角，均能使轴向力减小，径向力显著增大，若工艺系统刚性不足，则因弹性应变和振动而使加工误差和表度粗糙度参数值增大；影响切削层横截面形状，减小主偏角，切屑宽而薄，切削刃单位长度上的负荷减轻，但因切屑变形程度较大，而使比切削力增加，增大主偏角，切屑厚而窄，切屑平均变形小，比切削力小，且对断屑、排屑有利。
一般来说当工艺系统刚性足够时，应选较小的主偏角，以提高巳加工表面质量和刀具耐用度。但是，由于主切削刃上的推力占总推力的绝大部分，有时主偏角的大小又受工件形状(如台阶、倒角等)的限制，所以，在实际生产中，特别是单件小批生产中使用的车刀，主偏角都选得较大。常用的有90°、75°、60°和45°。κr＝90°的偏口车刀，具有车外圆、车台阶、车端面等多种用途，在生产中使用很普遍。
副偏角主要按工件表面粗糙度和刀具耐用度进行选择。在实际应用中，常因主偏角选得大，所以选择小的副偏角以降低表面粗糙度参数值和提高刀具耐用度，就必然成为十分重要的措施。一般情况下，副偏角取5°～10°。在不引起振动的情况下，精加工刀具的副偏角还可选得更小些。必要时可磨出一段副偏角为０°的修光刃，长度约为（1.2～1.5）f。对于切断刀，锯片铣刀等刀具，为保证刀头强度，并使重磨后的刀头宽度变化不大，副偏角约取1°～2°
④ 刃倾角
刃倾角的作用在于：影响流屑方向，车削时，刃倾角为正值，切屑流向待加工表面，为负值，切屑流向已加工表面，如图（2-35）所示；影响刀尖强度和散热，刃倾角为正值刀尖强度差、散热差，为负值刀尖强度好，散热好。断续切削时，负刃倾角使切削刃上刀尖点后切入工件，可免受冲击，见图2-35；影响分切削力的比例，刃倾角从0°变化到-45°时，径向力约增大为０°时的两倍，刃倾角从0°变化到10°时，轴向力增大为0°时的1.6倍，径向力过大，会使工件产生横向弯曲，轴向力 过大会使细长轴产生纵向弯曲。不论是增大径向力或轴向力，都可能产生振动，严重影响加工质量。图2-36所示是车削不锈钢的双倾角车刀，它既提高了刀尖的强度和散热能力，又使径向力增加不多，还加大了切屑变形使断屑范围加宽。
图2-35刃倾角对流屑方向和刀尖强度的影响
图刃倾角影响实际切削前角和刃口锋利程度。0°增大到60°时，实际切削前角从10°增大到前角的这种增大，是在基本不削弱刀刃强度的条刃磨到如此之大的前角．这对减小切屑变形，提高已加工表面质量，有非常重大的现实意义。
60°时，刃口钝圆半径减小2-36 双刃倾角车刀
当刃倾角的绝对值从52°30′，增大了四倍多。尤其值得注意的是，件下实现的，任何金属切削刀具也不能降低切削力和切削功率，降低切削温度，另外，当刃倾角的绝对值从0°增大到
50％，显著地提高了刃口的锋利程度，对微量精切削有十分重要的意义。
加显著。
5°之间工表面，刃倾角取0°以便切下很薄的切屑，刃倾角取45°～75°。 ，为保护刀尖，刃倾角取0°～-5°。
4、吃刀量进给量和切削速度，虽然都对加工质量、刀具耐用度和生产率有直接影响，但它们的影响程度却不相同，而且三要素之间又是互相联系、积高度增加切削力增大，使加工质量下降。但是，
进给工质量。不产生积屑瘤的低速，也可获得较高的加工质量，但生产率太低。
证加工质量。
响
响程度相同，
无论优先选哪个要素都一样。但它们对辅助时间的影响却不同。如果量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，切削用量的选择顺刃倾角还影响切入切出的平稳性。在断续车削，刨削、铣削时，刃倾角不为零的刀具切削刃，逐渐切入工件，又逐渐切出工件，减小了冲击和振动，使切削过程平稳。刃倾角适当增大，效果更刃倾角的选择原则为：
加工一般钢和灰铸铁，考虑到刃倾角增大对径向力、轴向力的影响，刃倾角选在±。粗车为加强刀尖，刃倾角取0°～-5°；精车时为使切屑流向待加～ 5°
断续车削、淬硬钢车削时，为保护刀尖，刃倾角取-5°～-10°
微量精切削时为减小刃口钝圆半径对金刚石和立方氮化硼车刀切削用量的合理选择
合理地选择切削用量，对提高切削效率、保证加工质量，保证合理的刀具耐用度和降 低切削加工成本，都具有重要意义。
（1）切削用量的选择顺序
从前面内容可知，切削用量中的背互相制约的，不可能都选择得很大。于是，就存在着一个从不同角度出发，优先将哪一个要素选择得较大才合理的问题。下面分别予以分析。
（2）切削用量对加工质量的影响
在切削用量中，背吃刀量增加切削力成倍增加，使工艺系统弹性变形增加，并可能引起振动，降低加工质量，进给量增大，残留面量对切削力的影响程度较背吃刀量小。
如果为保证加工质量必须限制切削力，则优先选较大的进给量比较合理。切削速度增大，切屑变形和切削力均有所减小， 当切削速度大到某一数值后，不再产生积屑瘤和鳞刺，可获得较高的加精加工和半精加工时，本身的加工余量小，要求在保证加工质量的前提下，提高切削效率和降低加工成本。因此，一般选用小背吃刀量，小进给量的高速切削。仅在不能采用高速切削时，才选用无积屑瘤的低速，以保（3）切削用量对刀具耐用度的影由前述可知，背吃刀量对切削温度、刀具磨损和刀具耐用度的影响最小，切削速度影响最大。为保证合理的刀具耐用度，应优先选择大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后按刀具耐用度确定合理的切削速度。
（4）切削用量对生产率的影响
切削加工生产率，可用金属切除率Z 和切削加工辅助时间t 来衡量。切削用量三要素对
金属切除率的影先将切削速度选得最大，则刀具耐用度急剧下降，换刀、重磨有关的辅助时间和费用增多。如果将背吃刀量选小，势必增加走刀次数，也会使辅助时间增多。所以，从切削加工生产率出发，仍应优先选择大的背吃刀量，其次选较大的进给量，最后按合理的刀具耐用度确定切削速度。
综上所述，粗加工时应尽序为：优先选择大的背吃刀量，其次选较大的走刀量，最后确定切削速度。若机床动力不足或工艺系统刚性不好，应优先选大的进给量，其次选背吃刀量，最后确定切削速度。精加工时一般选用小背吃刀量、小进给量的高速切削。
（分两种情况：粗加工时，随进给量增大，切削力增大从而影响加工及
加工表面粗糙度作依据的经验数据，
再对照机参数给予确定并换算成线速度数值。亦可通过相关手册中表格直接查取再对照机床确定。
当切削用量选择后应对其合理及可行性进行考量。粗加工时，应对切削功率作校核，机床功率允许，才不至在加工中发生闷车现象；精加工时，则应对能达到的表面粗糙度作校核，若不满足，可对所选用量作适当调整，直至满足。 5）切削用量选择方法
背吃刀量的选择主要取决于加工余量大小，理想状态下，可将所留加工余量一次去除；但当毛坯质量差，加工余量大，无法一刀去除时，则按递减原则多刀去除，并注意切入硬皮或硬化层，以免薄弱的刀尖工作于硬化层而加速刀具钝化。
进给量的选择需系统，
故其选择主要受限于切削力，数值可参考相关手册中提供的经验数据并对照机床运动参数确定；精加工时，随进给量增大，工件表面粗糙度增大，此时的进给量选择主要受
限于表面质量，其数值亦参考相关手册中提供的以床运动参数确定。
切削速度在一般情况下可根据已确定的背吃刀量、进给量在选定的刀具耐用度条件下进行计算，并将计算值折算为转速，对照机床运动
《金属切削原理与刀具》试题（1） 一、填空题（每题2分，共20分） 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有工具钢、高速钢、硬质合金钢；非金属材料有金刚石、立方氮化硼等。 2．刀具的几何角度中，常用的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角 和副后角六个。 3．切削用量要素包括切削深度、进给量、进给速度三个。 4．由于工件材料和切削条件的不同，所以切屑类型有带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四种。 5．刀具的磨损有正常磨损和非正常磨损两种。其中正常磨损有前面磨损、后面磨损 和前面和后面同时磨损三种。 6．工具钢刀具切削温度超过200度时，金相组织发生变化，硬度明显下降，失去切削能力而使刀具磨损称为相变磨损。 7．加工脆性材料时，刀具切削力集中在刀尖附近，宜取较小的前角和较小的后角。 8．刀具切削部分材料的性能，必须具有高的硬度、良好的强度和韧性、良好的耐磨性和良好的工艺性及经济性。 9．防止积削瘤形成，切削速度可采用低速或高速。 10．写出下列材料的常用牌号：碳素工具钢T8A 、T10A 、T12A ；合金工具钢9SiCr 、CrWMn ；高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。 二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错）（每题1分，共20分）
1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。 （√） 2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关 ( √ ）3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。 （√） 4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB 值，所以高速钢刀具是耐磨损的。 （×） 5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内 容 。 （ √ ）6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。 （√） 7．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成
高速切削加工中刀具材料的选用 [摘要]简要地介绍了在高速切削加工中，根据不同的工艺及被加工零件的不同材料，选用刀具材料的问题。 关键词：高速切削刀具材料选用 1 引言 随着科技工业的飞速发展，切削加工技术的应用也越来越广泛，新型刀具材料也不断涌现，高速切削加工技术的应用也越来越广泛，高速切削加工设备在生产中的优势正在日益发挥，在切削过程中，刀具的切削部分是在较大的切削力、较高的切削温度和剧烈的摩擦条件下进行工作的。刀具材料对刀具耐用度、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用。 2.1 刀具材料的基本要求 刀具在高温下进行切削工作，同时还要承受切削力、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下基本要求： 1、高硬度 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度必须在HRC62以上，对于某些难以切削的材料，刀具硬度更高。 2、高的耐磨性 耐磨性表示抵抗磨损的能力，通常刀具材料的硬度越高、耐磨性就越好。
3、足够的强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应该具有足够的强度 和韧性。一般用抗弯强度σ b b 和冲击韧性α k 来衡量。 4、高的耐热性 耐热性（又称红硬性）是指材料在高温下保持其硬度的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指标。 5、良好的工艺性 为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的可加工性和热处理性能（如淬透性好，淬火变形小，脱碳层浅等）。 6、良好的经济性 经济性差的刀具材料难以推广使用。 2.2 刀具材料种类及选用 刀具材料种类很多，常用的金属材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢及硬质合金；非金属材料有陶瓷、金刚石（天然和人造）、立方氮化硼等。 1、碳素工具钢 含碳量在0.65～1.3％的优质碳素钢称碳素工具钢，用来制造刀具的常用牌号有T8A、T10A等。一般用于制造低速、手用刀具，如手用锯条、锉刀等。 2、合金工具钢 在碳素工具钢中加入适量的合金元素如Mn、Cr、W、Si等即成合金工具钢，常用牌号有9SiCr、CrWMn、GCr5等。与碳素工具钢相比，硬度相近，耐磨性、耐热性略高，热处理性能较好，主要用于制造低速、手用刀具，如手用丝锥、手用铰刀及硬质合金钻头的刀体等。 3、高速钢 高速钢是一种含Cr、W、Mo、V等合金元素较多的工具钢，与碳素工具钢、合金工具钢相比，硬度有所提高，耐热性显著提高，允许的切削
切削加工和刀具技术的现状与发展 摘要:高速加工是以较快生产节拍进行加工，提高切削和进刀速度是高速加工技术的重要环节。高速加工技术的发展涉及到零科毛坯、刀具、机床、自动控制与检测等多种技术的综合优化，需要变革传统的机加工工艺路线。我国引进的轿车零部件数控自动生产线上已广泛应用高速加工技术，其主要目的是在确保产品质量的前提下，尽量缩短零件的机加工工艺路线，加快生产节拍(轿车发动机生产节拍已缩短为30秒)，满足轿车高质量、高速率、低成本、大批量、杜会化生产的技术要求。高速加工技术必将带动零件毛坯制造、刀具(工具)、数控机床、自动控制、在线检侧、材料等技术的发展与进步。随着我国制造业加快融人全球化生产制造体系，预计高速加工技术将在信息化、柔性化机械加工领域得到进一步发展和推广应用。 1、引言 对于机械零件而言，高速加工即是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍：零件送进--定位夹紧--刀具快进--刀具工进(在线检测)--刀具快退--工具松开、卸下--质量检测等七个基本生产环节。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动(或移动)速度超过普通切削5～10倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统；对于整条生产自动线而言，高速加工技术表征是以较简捷的工艺流程、较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺(方式)：或采用一工位多工序、一刀多刃，或以车、铰、铣削替代磨削，或以拉削、搓、挤、滚压加工工艺(方式)替代滚、插、铣削加工…等工艺(方式)，尽可能地缩短整条生产线的工艺流程；对于某一产品而言，高速加工技术也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈信息。这与敏捷制造工程技术理念有相同之处。 2、现代切削技术的发展 20世纪90年代以来，激烈的市场竞争推动以机械制造技术为先导的先进制造技术以前所未有的速度和广度向前发展。高生产率和高质量是先进制造技术追求的两大目标。高速切削、精密和超精密切削是当前切削技术的重要发展方向，已成为切削加工的主流技术。 高速切削技术 高速切削的主要内容包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给切削等。高速切削是一个相对概念，对其切削速度范围的界定目前国内外专家尚未达成共识。通常认为高
金属切削原理及工具 实验指导书 湖南工业大学机械工程学院
实验一 车刀几何角度的测量 一、实验目的及要求: 1. 研究车刀(直头外园车刀、弯头车刀和切断刀等)的构造。 2. 根据刀具几何角度的定义，使用车刀量角仪，按主剖现参考系和法剖面参考系测量车刀的0γ、0α、s λ、r k 、 n γ、n α等角。 3. 根据测量结果绘制车刀的角度标注图及其与工件的相关位置。 二、实验所用的设备及工具 1. 车刀量角仪。 2. 直头外园车刀、弯头车刀、切断刀、900外园车刀、螺纹车刀。 三、仪器的构造与说明： 车刀量角仪的构造如图所示 车刀的几何角度是在车刀的各辅助平面内测量的,而车刀上除法剖面以外的所有剖面均垂直于车刀的基面，因此，以工作台上平面作为车刀的基面，以大指针的量刀板平面代表各剖面，当工作台转到不同位置时，即能测出车刀各剖面内角度(包括切削平面内角度)。 测量基面内角度时，大指针量刀板代表走刀方向。 将副量角器上的小指针指着测出的刃倾角入S s 的值，这时大指针量刀板所在的平面即为车刀的法剖面，因此能测出车刀法剖面内角度。 四、车刀几何角度的测量方法和步骤 将车刀置于如图所示的矩形工作台面上，侧面紧靠定位块，测量车刀主、副切削刀上角度的顺序依次是: r k →s λ→0γ→0α→→' r k →' s λ →' 0γ→' 0α l 、主偏角r k 的测量 大小指针对零，以顺时针方向旋转矩形工作台，同时推动车刀沿刀台侧面(紧贴)前进，使主切副刃与量刀板正面密合，这时量刀板面为切削平面，则矩形工作台指针2a 指向盘形工作台上的刻度值即为主偏角r k 。 2、刃倾角s λ的测量
燕山大学 切削原理与刀具及数控课程CDIO项目 设计说明书 题目：硬质合金可转位车刀设计 学院（系）： 年级专业： 项目组长： 项目组成员： 指导教师： 教师职称： 时间：
燕山大学《切削原理与刀具》CDIO项目任务书院（系）：机械工程学院基层教学单位：机械研究所
1摘要 在给定切削条件下，经查阅刀具设计手册等资料，设计可转位车刀，内容包括可转位刀片的选型，几何参数（刀具角度）的确定，刀柄截面形状和尺寸的选择等。刀具角度在二维图纸上进行标注，刀具的工作图及装配图进行三维模拟，以及在数控机床上的制造过程主要有刀具结构分析、确定加工方案、编写程序，将程序输入到数控机床，在机床上实际加工出刀柄的形状。 关键词：可转位刀片选型、刀具角度设计、刀柄结构、数控程序 2前言 刀具课程设计是机械制造类专业学生在学习“金属切削原理”及“金属切削刀具”课程及其他有关课程之后进行的一个教学环节，其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合素质，解决实际刀具设计问题的能力。 通过刀具课程设计，学生应达到: 1.掌握设计、计算刀具的能力。 2.学会绘制刀具工作图，标注必要的技术条件。 3.学会运用各种设计资料、手册及国家标准。 3项目的方案设计 3.1刀片加固结构 通常取负值,切屑流向已加工表面,半精加工。 可转为车刀刃倾角 s 参照《金属切削刀具课程设计指导资料》表2-1，由于工件材料为灰铸铁，采用偏心式结构。
3.2选择刀片结构材料
加工工件材料为HT21-40，连续切削，完成粗车工序，因此刀片材料可以采用YG 系列,YG6A(8N)。 3.3选择车刀合理角度 根据刀具合理几何参数的选择原则,并考虑可转位刀几何角度的形成特点,选取如下四个几何角度: ① 前角0γ:10° ② 后角a 0=10° ③ 主偏角γκ:根据题目要求,主偏角γκ=60° ④ 刃倾角s λ:刃倾角取s λ=-5° 后角a 0的实际数值及副刃后角a '0和副偏角' γκ在计算刀槽角度时，经校验后确定。 3.4选择切屑用量 根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量为： 粗车时,背吃刀量p a =3mm,进给量f=0.8mm/r,切削速度v=1.12m/min ； 半精车时,背吃刀量p a =1mm,进给量f=0.4mm/r,切削速度v=3.81m/s ； 3.5刀片型号和尺寸 ①选择刀片有无中心固定孔 由于刀片加固结构已选定为偏心式,因此应选用有中心固定孔的刀片。 ②选择刀片形状 按选定主偏角γκ=60°,根据刀片形的选择原则,选用正方形刀片。 ③选择刀片的精度等级 参照节刀片精度等级的选择原则,一般情况下选用U 级. ④选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L) 根据已确定的背吃刀量p a =3mm, 主偏角γκ=60,刃倾角s λ=-5,将p a ,γκ,s λ代入下式可得刀刃的实际工作长L
河南理工大学万方科技学院 金属切削原理与刀具设计 实验报告 班级 学号 姓名 机械与动力工程学院 机械制造实验室
注意事项 为了实验的顺利进行，确保学生人身安全和国家财产安全，特提出以下注意事项： (1)上实验课前必须按指导书作好预习及准备工作。 (2)除了必要的书籍和文具外，其他物品不得带入实验室。 (3)进入实验室后,应保持室内安静和整洁。不准打闹、乱扔纸屑和随地吐 痰。 (4)凡与本次实验无关的仪器设备，均不得使用或触摸。 (5)做实验时应按指导细心操作。如仪器发生故障，应立即报告指导老师， 不得自行拆修或安装软件。 (6)爱护国家财产，实验完毕应将实验仪器整理好，如损坏仪器，按有关规 定处理。 实验结束后，需在三日内上交实验报告，如有特殊情况，需向老师说明原因！ 机械与动力工程学院 机械制造实验室
实验1切削力测量 1.1实验目的和要求： (1)了解切削测力仪的工作原理及测力方法。 (2)掌握切削深度、进给量对车削力的影响规律。 (3)掌握有关软件的应用。 1.2实验内容 (1)测力仪标定。 (2)切削速度、进给量一定的情况下，测量不同的切削深度下车削力的大小。 (3)切削速度、切削深度一定的情况下，测量不同的进给量下车削力的大小。 1.3实验设备、仪器和试件 CA6140车床一台 Kistler测力仪一台 计算机系统（数据分析软件）一台 1.4实验数据处理 初始条件： D=mm n=rpm ν=m/min a p=mm 1实验数据记录 记录ν、a p一定的条件下，不同的测得的切削力(如下图)。 表1.1:ν、a p一定的条件下，f对切削力的影响 序号f F x(N)F y(N)F z(N) 1 2 3 4 5 1
《刀具》练习题 基本定义 一.单选题 1.磨削时的主运动是( ) A.砂轮旋转运动B工件旋转运动C砂轮直线运动D工件直线运动 2.如果外圆车削前后的工件直径分别是100CM和99CM,平均分成两次进刀切完加工余量,那么背吃刀量(切削深度)应为( ) 3.随着进给量增大,切削宽度会( ) A.随之增大 B.随之减小C与其无关D无规则变化 4.与工件已加工表面相对的刀具表面是( ) A.前面B后面C基面D副后面 5.基面通过切削刃上选定点并垂直于( ) A.刀杆轴线B工件轴线C主运动方向D进给运动方向 6.切削平面通过切削刃上选定点,与基面垂直,并且( ) A.与切削刃相切B与切削刃垂直C与后面相切D与前面垂直 7能够反映前刀面倾斜程度的刀具标注角度为( ) A主偏角B副偏角C前角D刃倾角 8能够反映切削刃相对于基面倾斜程度的刀具标注角度为( ) A主偏角B副偏角C前角D刃倾角 9外圆车削时,如果刀具安装得使刀尖高于工件旋转中心,则刀具的工作前角与标注前角相比会( ) A增大B减小C不变D不定 10切断刀在从工件外表向工件旋转中心逐渐切断时,其工作后角( ) A逐渐增大B逐渐减小C基本不变D变化不定 二填空题: 1工件上由切削刃形成的那部分表面,称为_______________. 2外圆磨削时,工件的旋转运动为_______________运动 3在普通车削时,切削用量有_____________________个要素 4沿_____________________方向测量的切削层横截面尺寸,称为切削宽度. 6正交平面参考系包含三个相互垂直的参考平面,它们是_________,___________和正交平面7主偏角是指在基面投影上主刀刃与______________的夹角 8刃倾角是指主切削刃与基面之间的夹角,在___________面内测量 9在外圆车削时如果刀尖低于工件旋转中心,那么其工作前角会___________________ 10刀具的标注角度是在假定安装条件和______________条件下确定的. 三判断题:判断下面的句子正确与否,正确的在题后括号内画”√”,错误的画”×” 1在外圆车削加工时,背吃刀量等于待加工表面与已知加工表面间的距离.() 2主运动即主要由工件旋转产生的运动.( ) 3齿轮加工时的进给运动为齿轮坯的啮合转动.( ) 4主运动.进给运动和切削深度合称为切削量的三要素.( ) 5进给量越大,则切削厚度越大.( ) 6工件转速越高,则进给量越大( )
. 四川建筑职业技术学院2004年秋期期末考试 《金属切削原理及刀具》试卷（A 卷） 一、 填空题：在下列各题的空格中填上正确的文字及其有关符号（每题4分，共60分） 1．车削的主运动是______________，钻削的主运动是 ______________；磨削的主运动是______________。 2．标柱刀具静态角度的静态坐标系包括：（1）____________，（2）____________，测量平面有（1）_________，（2）_________，（3）_________，（4）_________。 3．刀具的前角γo 是在_________平面内测量的_________与_________之间的夹角。 4．表示切削变形程度的方法有：（1）___________________________，（2）__________________，（3） __________________。 5．切屑的类型有以下四种：（1）__________________，（2）__________________，（3）__________________，（4）__________________。 6．工件加工表面质量的指标包括：（1）_________________ （2）__________________，（3）__________________。 7．切削热的产生是切削过程中______________________转换而成的，切削温度是__________和__________综合结果。 8．刀具磨损的主要原因有：__________、__________、 __________、__________等。 9．影响刀具磨损的切削量中，影响最大的是__________，影响最小的是__________，所以选择切削用量时应首先选择尽可能大的__________________。 10．切削液的种类有（1）________切削液，其主要作用是_______，（2）________切削液，其主要作用是_______。 11．刀具材料要求具备的性能有：（1）_______、（2）_______、（3）_______、（4）_______、（5）_______、（6）_______等。 12．硬质合金刀具有以下几类：（1）_______、（2）_______、（3）_______、（4）_______。 13．砂轮的性能参数包括：（1）_______、（2）_______、 （3）_______、（4）_______、（5）_______和（6）_______。 14．磨削过程包括三个阶段：（1）_______阶段、（2）_______阶段和（3）_______阶段。 15．圆周铣削的铣削方式有_______铣和_______铣。端面铣的铣削方式有 班级 姓名 学号
第一章金属切削原理 一、单项选择题 1.切削铸铁工件时，刀具的磨损部位主要发生在（） A.前刀面 B.后刀面 C.前、后刀面 D.前面三种情况都可能 2.影响刀头强度和切屑流出方向的刀具角度是( ) A.主偏角 B.前角 C.副偏角 D.刃倾角 3.粗车碳钢工件时，刀具的磨损部位主要发生在( ) A.前刀面 B.后刀面 C.前、后刀面 D.前面三种情况都可能 4.钻削时，切削热传出途径中所占比例最大的是( ) A.刀具 B.工件 C.切屑 D.空气介质 5.车削时切削热传出途径中所占比例最大的是( ) A.刀具 B.工件 C.切屑 D.空气介质 6.对铸铁材料进行粗车，宜选用的刀具材料是( ) A.YT15(P10) B.YT5(P30) C.YG3X(K01) D.YG8(K20) 7.下列刀具材料中，强度和韧性最好的是( ) A.高速钢 B.YG类硬质合金 C.YT类硬质合金 D.立方氮化硼 8.任何一种机床必定有，且通常只有一个( ) A.主运动 B.进给运动 C.简单成形运动 D.复合成形运动 9.ISO标准规定刀具的磨钝标准是控制( ) A.沿工件径向刀具的磨损量 B.后刀面上平均磨损带的宽度VB C.前刀面月牙洼的深度KT D.前刀面月牙洼的宽度 10.一般当工件的强度、硬度、塑性越高时，刀具耐用度( ) A.不变 B.有时高，有时低 C.越高 D.越低 11.下列刀具材料中，适宜制造形状复杂的机用刀具的材料是: A.碳素工具钢 B.人造金刚石 C.高速钢 D.硬质合金 12.精车碳钢工件时，刀具的磨损部位主要发生在( ) A.前刀面 B.后刀面 C.前、后刀面 D.前面三种情况都可能 13.滚切或插削钢质齿轮时，一般( ) A.不用切削液 B.用极压切削油 C.用水溶液 D.用低浓度乳化液 14.磨削加工时一般采用低浓度的乳化液，这主要是因为( ) A.润滑作用强 B.冷却、清洗作用强 C.防锈作用好 D.成本低 15.对下述材料进行相应热处理时，可改善其切削加工性的是( ) A.对高碳钢进行球化退火处理 B.对中碳钢的淬火处理 C.对中碳钢进行渗碳处理 D.对低碳钢进行时效处理 16.在机床——工件——夹具——刀具所组成的工艺系统刚性不足时，下列哪个力是造成振动的主要因素？（） A.主切削力 B.背向力 C.进给力 D.三者的影响程度相同 17.生产中用来衡量工件材料切削加工性所采用的基准是( ) A.切削退火状态下的45钢，切削速度为60m/min时的刀具耐用度 B.切削正火状态下的45钢，刀具工作60min时的磨损量
涂层技术对刀具磨损的影响及其发展趋势 陈君（G机械091 220911104） （淮海工学院连云港222005） 摘要：磨损是影响生产效率、加工成本和加工质量的重要问题，所以为了解决这一问题涂层 技术的发展就尤为重要。涂层技术起源于上个世纪的五、六十年代；特别是近30年来，刀具涂层技术迅速发展，使得涂层刀具得到了广泛应用。随着涂层技术迅速发展，它已成为解决刀具磨损的有效方法并且在很大程度上影响刀具的寿命。所以说对刀具进行涂层是机械加工行业前进道路上的一大变革。 关键词：涂层技术刀具磨损发展趋势 The Influence of Tool Wear and Its Development Trend for Coating Technology CHEN Jun (Huaihai Institute of Techology,Lianyungang,222005) Abstract：Wear is the important impact for the production efficiency, processing cost and processing quality of the important problem, so in order to solve this problem the development of coating technology, is important. Coating technology originated in the last century 5, 6 s; Especially for nearly 30 years, the cutting tool coating technology rapid development, make coated tools to a wide range of applications. With the rapid development of coating technology, it has become a effective method to solve the tool wear and significantly impact on the life of cutting tools. So say to coating is of tool machine processing industry on the road of advance a big change. Key words：Coating technology Tool wear Development trend 0 前言 人类社会已经迈入21世纪,科学技术得到了前所未有的发展。在机械加工中金属切削技术是其重要组成部分，并且随着科技的发展越发显示出它在机械加工中的核心地位。目前，切削加工约占整个机械加工工作量的
高速切削和干切削技术刀具 为保证高速精密切削时的加工精度和可靠性，刀具装夹到机床主轴上之前须先进行动平衡，以确保加工系统的安全性2010年04月16日<> 为保证高速精密切削时的加工精度和可靠性，刀具装夹到机床主轴上之前须先进行动平衡，以确保加工系统的安全性2010年04月16日 高速切削和干切削已发展成为现代切削加工技术的重要趋势，有力推动着刀具材料和结构，以及刀具装夹结构等先进切削技术的日新月异和推广应用随着数控机床和加工中心等高效设备应用的日渐普及，在航空航天、汽车、高速列车、风电、电子、能源、模具等装备制造业的空前发展推动下，切削加 工已迈入了一个以高速、高效和环保为标志的高速加工发展的新时期—现代切削技术阶段高速切削、干切削和硬切削作为当前切削技术的重要发展趋向，其重要地位和角色日益凸显对这些先进切削技术的应用，不仅令加工效率成倍提高，亦着实推动了产品开发和工艺创新的进程例如，精密模具硬质材料的型腔，采用高转速、小进给量和小吃深加工，既可获得很高的表面质量，又能够省却磨削、EDM和手工抛光或减少相应工序的时间，从而缩短生产工艺流程，提高生产率过去一些企业制作复杂模具时，基本上都需要3~4个月才能交付使用，而现在采用高速切削加工后，半个月便可完成据调查，一般的工模具，有60%的机加工量可用高速加工工艺来实现高速加工时，不但要求刀具可靠性高、切削性能好、能稳定地断屑和卷屑、还要能达成高精度，并能实现快换或自动更换等因此，对刀具材料、刀具结构、以及刀具的装夹都提出了更高要求 对刀具材料的要求 高速加工刀具最突出的要求是，既要有高的硬度和高温硬度，又要有足够的断裂韧性为此，须选用细晶粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、聚晶金刚石(PDD)和聚晶立方氮化硼(PDBN)等刀具材料—它们各有特点，适应的工件材料和切削速度范围也都不同例如，高速加工铝、镁、铜等有色金属件，主要采用PDD和DVD金刚石膜涂层刀具高速加工铸件、淬硬钢(50~67HRD)和冷硬铸铁主要用陶瓷刀具和PDBN刀具 上海大众汽车有限公司采用Seco刀具(上海)公司生产的立方氮化硼DBN300刀片面铣刀，在柔性生产线上高速铣削发动机缸体平面(铸件)，切削速度高达1600m/min，进给速度5000mm/min用PDD刀具加工铝合金的切削速度一般为3000-4000m/min，最高更可达7500m/min而用陶瓷和PDBN刀具加工淬硬钢和冷硬铸铁时的切削速度已达200m/min 1. 硬质合金已迈入细晶粒超细晶粒阶段 涂层硬质合金刀具(如TiN、TiD、TiDN、TiBlN等)虽其加工工件材料范围广，但抗氧化温度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范围内加工钢铁件对於Inconel 718高温镍基合金可使用陶瓷和PDBN刀具据报道，加拿大学者用SiD晶须增韧陶瓷铣削Inconel 718合金，推荐最佳的切削条件为：切削速度700m/min，吃深为1-2mm，每齿进给量为0.1-0.18mm/z
切削加工与刀具技术的历史 介绍了中国远古时期石器时代铁器时代的切削加工与刀具技术中国领先于全世界从第一次工业革命以后阐述了欧美各国和俄罗斯在切削加工技术解放后工件与刀具双方交替发展 关键词 它在国民经济中占有重要地位 刀具用坚硬的材料制成切削加工的任务是利用刀具切除被加工对象毛 坯上的多余材料精度和表面质量都符合预定要求的表面 是由古代切削加工本文将阐述古代 1 古代的切削加工和刀具 在切削加工方面旧石器时代 距今约50~60万年的北京猿人制造和使用了各种带刃的石器刮削器和尖状器(图1)?3?ò?÷óò2??2ío×ó2?óD·?èD1??÷?÷oí?a×′?÷é??ò?ù??óD?÷??μ?·?à?èD2?μ??üê?ò??Dè??a?ó1¤μ??aê? 到了新石器时代石刀石锛 刀体比较匀称有凸刃圆刃等 这是钻孔技术的开端制作形状和用途各异的切削工具新石器时代的人类曾把坚硬的石片镶嵌在骨把上 石器时代的切削工具加工对象也多为非金属材料(如石材兽骨等) ò??-??±?á?èy???ù±?òa??μ???(带刃部的工具)被加工对象(生产或生活用品)切削运动(人用手握持住刀具与被加工对象 刀具的发明和切削加工的应用历史学家认为 它是人类登上历史舞台的重要标志
(1) 砍砸器(约为原大的1/2) (2) 刮削器(约为原大的2倍) (3) 尖状器(约为原大的2倍) 图1 砍砸器 图2 新石器时代的石刀 图3 新石器时代的石刃骨刀(甘肃永昌鸳鸯池出土) 从青铜器时代开始早在齐家文化时期已用天然铜制造器具已经有了相当发达的青铜冶铸业图4所示为商代的青铜钻锯这些刀锉的结构和形状
一、选择题 1、在工艺系统刚性很好时，加工硬度高的材料时，为提高刀具强度和寿命，应选取较（B）主偏角。 A、大 B、小 C、中等 2、切削塑性材料与脆性材料相比，刀具的前角应（B） A、减小 B、增大 C、不改变其大小 3、麻花钻的（C）产生的轴向力最大。 A、主切削刃 B、副切削刃 C、横刃 4、在其它条件相同的情况下，进给量增大则表面残留面积高度（A） A、随之增大 B、随之减小 C、基本不变 D、先小后大 5、切削用量选择的一般顺序是（A） A、a p—f—v c B、a p—v c—f C、v c—f—a p D、f—a p—v c 6、一般只重磨前刀面的刀具有（C） A、麻花钻、尖齿成型铣刀、圆柱铣刀。 B、尖齿成型铣刀、圆柱铣刀、成形车刀。 C、成形车刀、铲齿成形铣刀、拉刀。 D、铲齿成形铣刀、拉刀、铰刀。 7、圆柱孔拉刀的齿升量是相邻两刀齿（或两组切削齿）的（B）。 A、直径差 B、半径差 C、齿距差 8、既能车削外圆又能车削端面和倒角的车刀是（C） A、90°偏刀 B、尖头车刀 C、45°弯头车刀 D、75°偏刀 9、W6Mo5Cr4V2是下列哪一类刀具材料（D）。 A、钨系高速钢 B、硬质合金 C、合金工具钢 D、钨钼系高速钢 10、标准麻花钻的前角从外缘向钻心逐渐（D） A、增大 B、先减少后增大 C、先增大后减少 D、减少 11、下列四种结合剂中，适用于金刚石砂轮的结合剂是（D） A、陶瓷结合剂 B、树脂结合剂 C、橡胶结合剂 D、金属结合剂 12、外圆车削时的径向切削力又称为（C） A总切削力B、切削力C、背向力D、进给力 13、平行于铣刀轴线，测量的切削量尺寸是（B）
《金属切削原理与刀具》课程教案
《金属切削原理与刀具》课程授课教案 课次一：绪论 0.1 机械制造过程分析 机械是由零件、组件、部件等组成的,因而一台机器的制造过程包含了从零件,部件加工到整机装配的全过程。这一过程可以用图4-1所示的系统图来表示。
图4-1 机械制造过程的构成 首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件。它们都是由毛坯进过相应的机械加工工艺过程变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件的适当的加工方法。加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。 其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件。部件是由若干组件、套件和零件在一个基准上装配而成的。部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能。这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的。部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。 最后在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器。我们把零件和部件装配最终机械产品的过程为总装过程。总装过程是依据总装工艺文件进行的。在产品总装后，还要经过检验、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品。 0.2 机械加工工艺系统与金属切削加工 从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出
合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器。因此，制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。 零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种加工方法得到的，其中在金属切削机床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得符合要求的尺寸精度和表面质量的这种加工方法称为金属切削加工。与其他金属加工方法相比具有如下特点： 1. 2. 3. 因此金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动和承受很大的切削力，必须在金属切削机床上进行加工，零件和刀具需通过机床夹具和刀架与机床可靠的联接，带动它们做相对的运动，实现切削加工，这种由金属切削机床、刀具、夹具和工件（被加工零件的总称）构成的机械加工封闭系统称为机械加工工艺系统（如图4-2所示），其中金属切削机床是加工机械零件的工作机械，起支承和提供动力作用；刀具起直接对零件进行切削加工作用；夹具用来对零件定位和夹紧，使之有正确的加工位置。本章就围绕机械加工工艺系统四个组成部分进行分析，阐述机械零件加工的整个过程。 图4-2 0.3 我国切削加工技术发展概况 切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。它加工的零件能获得较高的尺寸精度与表面质量，是机械制造业中最基本的加工方法，在国民经济中占有重要地位。 我国古代切削加工方面有着光辉的成就。公元前二千多年青铜器时代已出现了金属切削的萌芽。当时青铜刀、锯、锉等已经类似于现代的刀具。春秋中晚期，有一部现存最早的工程技术著作《考工记》上面介绍了木工、金工等三十个专业技术知识。书中指出：“材美工巧”是制成良器的必要条件。“材美”是指用优良的材料，“工巧”则是指采用合理的制造工艺。由大量出土文物与文献推测，最迟在8世纪（唐代）我国已有了原始的车床。 公元1668年（明代）加工2m直径的天文仪器铜环，其外径、内孔、平面及刻度的精度与表面粗糙度均已达到相当高的水平。 近代历史中，由于封建制度的腐败和帝国主义的侵略，我国机械工业非常落后。 新中国成立以来，我国切削加工技术得到飞速的发展。50年代起广泛使用了硬质合金，推广高速切削、强力切削、多刀多刃切削，兴起了改革刀具的热潮。80年代后，在改革开放的新阶段，机械行业从引进国外的先进技术中得到了进一步发展，在与国际学术组织、专家学者的交流活动中，促进了我国切削技术水平的进一步提高，并正在努力
高速切削刀具 王平 （沈阳理工大学机械工程学院 110159） 摘要：刀具是实现高速切削加工的关键，本文阐述了高速切削刀具材料的要求、高速切削加工刀具材料的种类，以及高速切削不同材料时刀具材料的合理选用。 本文在分析传统BT (7∶24锥度)实心长刀柄基础上介绍国外HSK等新型工具系统, 指出高速加工工具系统中存在的主要问题及对策, 展望高速加工工具系统发展趋势和研究前景, 为选用高速工具系统提供了参考。 关键词：高速切削；刀具材料；高速加工; 工具系统。 High speed cutting tool materials WANG ping (College of mechanical engineering ShenYang Ligong University 110159) Abstract:Realization of high speed cutting tool is the key, in this paper, the requirements of high speed cutting tool material of high-speed cutting tool materials in high speed cutting of different kinds, as well as the material of cutting tool material selection.Based on the analysis of traditional BT ( 7 ∶24 taper) solid knife handle based on introducing foreign HSK model tool tool system for high speed machining system, points out the main problems and countermeasures existed in high speed machining tool system, prospect of development tendency and research foreground, for selection of high speed tool system is provided for reference. Key words:High speed cutting;Cutting tool materials;High speed machining;Tool system. 0前言 在机械加工中，切削、磨削加工目前仍是零件最终形成的主要工艺手段。切削加工的主要发展方向之一是高速切削(包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给量切削等)。高速切削时，随着切削速度的提高，切削力逐渐减小，切削温升逐渐趋缓，加工表面质量提高，加工成本降低。为实现切削加工的高速化，必须研究及开发与高速切削相适应的刀具材料、刀具结构及刀具监控技术。 1高速切削刀具材料的要求 1.1 刀具材料的基本性能要求 刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用，因此，刀具材料应具备如下一些基本性能：（1）硬度和耐磨性：刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在HRC60以上。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。（2）强度和韧性：刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。（3）耐热性：刀具材料的耐热性要好，能承受高的温度，具备良好的抗氧化能力。（4）工艺性能和经济性：刀具材料应具备好的锻造或者其他成型性能、热处理性能、焊接性能、磨削加工性能等，并具有较高的性能价格比。 1.2 高速切削加工对刀具材料的要求 刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一。高速切削加工时切削温度很高，因此，高速切削刀具的失效主要取决于刀具材料的热性能（包括刀具的熔点、耐热性、抗氧化性、高温力学性能、抗热冲击性能等）。高速干切削、高速硬切削和高速切削黑色金属时，最高切削速度主要受刀具材料耐热性的限制。例如，高速加工钢、铸铁等黑色金属时，最高切削速度只能达到加工铝
一、填空题(作业、考试、实验报告和考试名单) 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有碳素工具钢、高速钢、硬质合金；非金属材料有金刚石、立方氮化硼等。 3．切削用量要素包括切削速度、进给量、切削深度三个。 4．切屑类型有带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四种基本态。这通过切削速度、切削深度、刀具前角等可加以控制。 5．刀具的磨损有正常磨损的非正常磨损两种。其中正常磨损有前刀面磨损、后刀面磨损和前后刀面同时磨损三种。 6．防止积削瘤形成，切削速度可采用高速或低速加以避免。 7．常用的切削液有：水溶液、乳化液和切削油三大类。采用硬质合金刀具时，由于刀具红硬性，故一般不使用切削液。 8．乳化液主要起冷却作用，油溶液主要起润滑作用。 9．切削液的作用有____冷却作用______、____润滑作用_____、__防锈作用____和__清洗和排屑作用____等。 10．用圆柱铣刀加工平面时有：逆铣和顺铣两种铣削方式。其中顺铣方式可以提高刀具耐用度；逆铣方式多用于粗加工。 11．车床的切削时的三个切削分力F Z、 F X和 F Y，在一般情况下， F Z、 F Y、 F X力最大。磨削呢？ 径向分力大于切向分力 (FP=(1.6-3.2)Fc)，Fc大于轴向分力Ff(Ff=(0.1-0.2)Fc)。 12．麻花钻切削性能最差的部位是在横处；钻头最易磨损部位是在刀尖处。钻削加工时轴向力主要是由横刃产生。 二、判断题 1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。（）√2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。（）√3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。（）√4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB值，所以高速钢刀具是耐磨损的。（）× 5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内容。（）√6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。（）√7．积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。（）√ 8．刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削条件，提高刀具寿命，可以增加切削用量，提高生产效率。（）√ 9．所谓前刀面磨损就是形成月牙洼的磨损，一般在切削速度较高，切削厚度较大情况下，加工塑性金属材料时引起的。（）√ 10．刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。（）√11．立方氮化硼是一种超硬材料，其硬度略低于人造金刚石，但不能以正常的切削速度切削淬火等硬度较高的材料。（）√ 12．当粗加工、强力切削或承冲击载荷时，要使刀具寿命延长，必须减少刀具摩擦，所以后角应取大些。（）× 15．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成45°夹角滑移的过程。（）√ 16．切削铸铁等脆性材料时，切削层首先产生塑性变形，然后产生崩裂的不规则粒状切屑，称为崩
《金属切削原理及刀具》期末测试1答案 一、填空。（每空1分，,共20分） 1. k 钨钴类 2. 工作基面 工作切削平面 工作正交平面 3. 第一变形区 第二变形区 第三变形区 4. 带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑 5. 切削力c F 、背向力p F 和进给力f F 6. 常磨损阶段和急剧磨损阶段 7. 常温硬度、高温硬度。 8. 内孔车刀 二、是非题。（正确的在括号内画√，错的画×，每题1分，,共20分） 1. （√） 2. （×） 3. （√） 4. （√） 5. （√） 6. （×） 7. （×） 8. （√） 9. （×） 10. （√） 11. （×） 12. （√） 13. （×） 14. （√） 15. （×） 16. （√） 17. （×） 18. （√）
19. （√） 20. （×） 三、概念题。（每题4分，共20分） 1. 刀具的工作角度：刀具在工作时的实际切削角度，即在考虑刀具的具体安装情况和运动影响的条件下而确定的刀具角度。 2. 法向力即为克服切削层金属的塑性变形和弹性变形所施加的正压力，切向力即为克服刀具前刀面上的摩擦力。 3. 切削时，切屑、工件材料中含有的一些硬度极高的微小的硬质点（如碳化物、氮化物和氧化物等）以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是硬质点磨损。 4. 一把新刀从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止总的切削时间，或者说是刀具两次刃磨之间总的切削时间称为刀具耐用度，用符号T 表示，单位为min 。 5. 刀具切削刃形状决定于工件轮廓形状的刀具，称为成形刀具。 四、简答。（本题40分,每题5分，共8题） 1. 答： 积屑瘤对切削过程有积极的影响，也有消极的影响。 （1）保护刀具 积屑瘤一旦形成，它便代替切削刃和刀具前面进行切削。于是，切削刃和刀具前面都得到积屑瘤的保护，从而减少了刀具磨损。 （2）增大前角 增大了刀具的实际前角，当积屑瘤最高时，刀具前角 o γ可达30°左右，从而减小了切 屑变形，降低了切削力。 （3）增大切削厚度 积屑瘤前端伸出于切削刃外，伸出量为D h ?,由于有积屑瘤时的切削厚度比没有积屑瘤时的切削厚度增大了D h ?,因而影响了工件的加工尺寸。 （4）增大已加工表面粗糙度 积屑瘤的产生与大小是周期性变化的。积屑瘤的周期性变化对工件的尺寸精度和表面质量影响较大，所以在精加工时应避免积屑瘤的产生。 2.答： 工件材料强（硬）度增高．即工件材料的剪切屈服强度增大，切削力呈正比例增大，但