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1.4金属切削刀具及选择刀具材料刀具材料应具备的性能切削刀具材料的硬度和韧性高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。有较高的热稳定性,较高的强度、韧性、硬度和耐磨性;其制造工艺简单,容易磨成锋利的切削刃,可锻造,这对于一些形状复杂的工具,如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等尤为重要,是制造这些刀具的主要材料。高速钢按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢;按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末高速钢。其它刀具材料(2)陶瓷有纯Al2O3陶瓷及Al2O3-TiC混合陶瓷两种,以其微粉在高温下烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度(HRA91~95)和耐磨性;有很高的耐热性,在高温1200℃以上仍能进行切削;切削速度比硬质合金高2~5倍;有很高的化学稳定性、与金属的亲合力小,抗粘结和抗扩散的能力好。可用于加工钢、铸铁;车、铣加工也都适用。但其脆性大、抗弯强度低、冲击韧性差,易崩刀,使其使用范围受到限制。但作为连续切削用的刀具材料,还有很大发展前途的。(3)金刚石是目前人工制造出的最硬的物质,硬度高达HV10000,耐磨性好,可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料,刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍。其切削刃锋利,能切下极薄的切屑,加工冷硬现象较少;有较低的摩擦系数,其切屑与刀具不易产生粘结,不产生积屑瘤,很适于精密加工。但其热稳定性差,切削温度不宜超过700~800℃;强度低、脆性大、对振动敏感,只宜微量切削;与铁有极强的化学亲合力,不适于加工黑金属。目前主要用于磨具和磨料,对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗孔;加工铝合金、铜合金时,切削速度可达800~3800m/min。(4)立方氮化硼由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。有很高的硬度(HV8000~9000)及耐磨性;其比金刚石高得多的热稳定性(1400℃),可用来加工高温合金;化学惰性大,与铁族金属直至1300℃时也不易起化学反应,可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁;有良好的导热性、较低的摩擦系数。它目前不仅用于磨具,也逐渐用于车、镗、铣、铰。它有两种类型:整体聚晶立方氮化硼,能像硬质合金一样焊接,并可多次重磨;立方氮化硼复合片,即在硬质合金基体上烧结一层厚度为0.5mm的立方氮化硼而成。刀具几何结构车刀结构(1)前刀面(前面):切屑流过的表面。刀尖的结构刀具静止参考系和刀具的几何角度建立静止参考系的条件正交平面参考系正交平面参考系⑴主偏角:在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。(2)副偏角:在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。(3)前角:在正交平面(主剖面)内测量的前刀面与基面之间的夹角。(4)后角:在正交平面(主剖面)内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度,一般为正值。(5)副后角:在副正交平面(副剖面)中测量的副后刀面与切削平面之间的夹角。(6)刃倾角:在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。在刀具静止参考系中为了比较切削刃、刀尖的强度,刀具上还定义了楔角β0和刀尖角εr两个角度,它们也属派生角度。①楔角:在正交平面中,前刀面与主后刀面之间的夹角。显然有:β0=90°-(а0+г0)②刀尖角:主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角,即=180°-(Κr+Κr/)在实际的切削加工中,当刀具进入工作状态后,由于刀具安装位置和进给运动的影响,选定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置相对于假定的理想状态发生了改变,即上述标注角度会发生一定的变化。而刀具角度变化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改变,因此,研究切削过程中的刀具角度,必须以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系,这种参考系称为工作参考系。工作正交平面参考系横向进给运动对刀具角度的影响安装位置高低对刀具角度的影响刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择3.在一定切削条件下的基本选择方法:1.前角和前刀面形状的选择(1)前角的选择:在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋利,同时也要兼顾刀刃的强度与耐用度。刀具前角的合理选择,主要由刀具材料和工件材料的种类与性质决定。①刀具材料强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角,而脆性大的刀具甚至取负的前角。下图是不同刀具材料韧性的变化②工件材料加工钢件等塑性材料时,切屑沿前刀面流出时和前刀面接触长度长,压力与摩擦较大,为减小变形和摩擦,一般采用选择大的前角。加工脆性材料时,切屑为碎状,切屑与前刀面接触短,切削力主要集中在切削刃附近,受冲击时易产生崩刃,因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值,以提高刀刃的强度。③加工条件粗加工时,一般取较小的前角;精加工时,宜取较大的前角,以减小工件变形与表面粗糙度;