关于车床知识第四章
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第四章 车 刀 在金属车削加工过程中，车床是形成切削运动和动力的来源，车刀则直接改变毛坯的形状，使其达到所需要零件的形状和技术条件的工作部件。车刀的种类很多，在实际生产中，根据零件加工需要，可以自制所需车刀。图4-1所示为生产中常用车刀类型，图4-2为实际生产中所用自制车刀。 车刀的性能直接影响着产品质量和生产效率。车刀材质、几何形状和角度是影响车刀本身性能的主要因素，此外切削用量、刃磨技术等也是影响车刀切削状态的重要因素影响，需合理选择，现综合叙述如下。 节 车刀材料的选择 车刀的使用寿命和生产效率取决于车刀材料的切削性能。车刀由刀头和刀杆两部分组成，刀杆一般是用碳素结构钢制成。由于刀头担任切削工作，因此刀头材料必须具有下列基本性能： 1)冷硬性。车刀在常温时具有较高的硬度，即车刀的耐磨性。2)红硬性。车刀在高温下保持切削所需的硬度，该温度的值称为"红热硬度"。 3)韧性。车刀切削部分承受震动和冲击负荷所具有的强度和硬度。 车刀材料的以上三种性能是相互联系、相互制约的，在具体选用时，要根据工件材料的性能和切削要求分析选用，同时还要结合车刀材料在价格、工艺性能方面加以考虑，以便于以较低的成本加工、刃磨和焊接制造车刀。 各种车刀材料的基本性能优劣顺序比较见表4-1。 目前用来作车刀切削部分的材料主要有高速钢、硬质合金和非金属材料，碳素工具钢、合金工具钢多用作钻头、丝锥等工具，用作车刀的较少。现分别介绍作车刀刀头的两种主要材料：高速钢及硬质合金。 一、高速钢 高速钢是一种含钨、铬、钒较多的合金钢，又名锋钢、风钢或白钢。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2两种牌号。其中用得最多的是Wl8Cr4V高速钢。它们的化学成分如表4-2所示。 高速钢材料分为带黑皮的高速钢和表面磨光的高速钢两种。前者是未经热处理的高速钢，后者是经热处理的高速钢。高速钢硬度较高，具有一定的红热硬性，韧性和加工性能均较好。高速钢车刀制造简单，刃磨方便，容易磨得锋利。由于高速钢韧性好，常用于加工一些冲击性较大、形状不规则的零件，它也常用于制作精车刀，但因红硬性不如硬质合金，故不宜用于高速切削。 二、硬质合金 硬质合金是由难熔材料的碳化钨、碳化铁和钴的粉末在高压下成形，经l350～1560"(2高温烧结而成的材料，具有*的硬度，仅次于陶瓷和金刚石。硬质合金的红硬性很好，在1000℃左右仍能保持良好切削性能；具有较高的使用强度，其抗弯强度可高达1000--1700MPa，但脆性大、韧性差、怕震，以上这些缺点可通过刃磨合理的角度加以克服，因此，硬质合金现已被广泛应用。 常用的硬质合金可根据其制造的合金元素不同，分为以下四类： 1．钨钴合金 由碳化钨和钴组成，常温时的硬度为HRA87～92，红硬性为800--900，代号为YG，常用牌号为YG3、YG3X、YG6、YG6X、YG8、YGll等。其中YG3X及YG6X属于细颗粒碳化钨合金。YA6则是我国试制成功的一种含有少量碳化钴的细颗粒硬质合金。 钨钴合金冷硬性很高，韧性也较好，宜用于加工脆性材料，如金属蚀口铸铁，也可车削冲击性较大的工件。由于它的红硬度较差，在600℃时，钨钴合金容易和切屑粘结，使刀头前面磨损，故不宜用于车削软钢等韧性金属。 YG6X细颗粒碳化钴合金耐磨性较好，其强度近似YG6，因此车削冷硬合金铸铁、耐热合金钢及普通铸铁等都有良好效果。 2．钨钛钻合金 由碳化钨、碳化钛及元素钻组成，代号用YT表示，常用的有YT5、YTl4、YTl5、YT30等牌号。钨钴钛合金的冷硬性能和红硬性能比硬质合金高。在高温条件下比钨钴合金耐热耐磨、抗粘性大，宜于加工钢料及其他韧性金属材料，但由于性脆，不耐冲击，故不宜加工脆性金属。 3．钨钴钛铌合金 它是钨钴钛合金中的新产品，由碳化钨、碳化钛、钴、少量碳化铌组成，代号为YW，常用牌号为YWl、YW2。它的耐磨性和热硬性都比较好，适用于切削各种铸铁和特殊合金钢材，如不锈钢、耐热钢、高锰钢等较难加工的材料。 4．钨钴铌类合金 这是一种含有少量碳化铌的细颗粒钨钻类硬质合金，代号为YA，常用牌号为YA6。它的耐磨性能更高，适合于不锈钢、耐热钢、特硬铸铁、铁合金、硬塑料、玻璃和陶瓷等的加工。 在选用硬质合金时，应根据硬质合金本身性能特点、加工工件材料和切削条件等因素综合考虑。表4-3为常用硬质合金使用性能及使用范围，可作为选用的参考。 除高速钢和硬质合金两种常用车刀切削材料外，还有碳素工具钢、合金工具钢、金刚石、陶瓷等。碳素工具钢、合金工具钢的切削性能差，而金刚石价格高，以上三者都较少采用。 由于陶瓷材料比硬质合金的红硬性更高，耐磨性好，价格低，正成为一种应用广泛的刀具材料，但由于该种材料性脆、怕冲击、刃磨困难，所以在使用时仍受到一定的限制。表4-4是常用车刀材料的特性及其切削成本对比情况。 第二节 车刀刀具几何角度的选择及变化分析 为了顺利地进行切削，必须了解车刀切削部分的几何角度及其几何角度在切削过程中变化。 一、车刀切削部分的几何角度 1．车刀的组成部分 车刀的刀头是车刀的切削部分。它由以下部分组成： (1)前刀面：切屑流出时，刀头与切屑相接触的表面，又称前面，用符号八表示。 (2)主后刀面：刀头上与切削表面相对的表面，又称主后面，用符号A表示。 (3)副后刀面：刀头上与工件已加工表面相对的表面，又称副后面，用符号"表示。车刀组成部分见图4-3。 (4)主切削刃：前面与主后刃面的交线，它担负主要的切削工作。 (5)副切削刃：前面与副后刃面的交线，它也起切削作用。 (6)刀尖：主切削刃与副切削刃的交点。 任何车刀都由以上部分组成，只是数目不完全相同，如普通外圆车刀的刀头部分一般由三面、两刃和一尖组成，但切断刀则由两个副切削刃和两个刀尖组成。 刀头部分的切削刃可以是直线，也可以是曲线，如样板车刀的切削刃就是曲线。 2．辅助基准面 为了确定和测量车刀的几何角度，需要选择几个辅助平面作为基准面．见图4-4。 (1)切削平面：通过切削平面并与该点切削速度方向相垂直的平面，用符号P，表示。 (2)基面：通过切削刃选定点并与工件过渡表面相切，且垂直于切削平面的平面，用符号P。表示。 (3)正交平面：通过主切削刃选定点且垂直于主切削平面和基面的平面。用符号Pn表示。 当主切削刃与水平面平行时，切屑流出的方向正接近于这一平面所处的位置，因此车刀上主要切削角度都在正交平面上进行测量，如前角、后角的测量。 3．车刀的切削角度 车刀的切削角度共有7项，用于表示切削部分的几何形状，并可在主截面与上述3个基准面内度量，如图4-5所示。 (1)前角7。 它是车刀前刀面与基面之间在正交平面投影的角度，用符号7。表示。它是车刀切削部分的一个主要工作角度，直接影响车刀主切削刃的锋利度和刃口强度。加大前角7。，可以减小切屑变形和摩擦，从而降低切削力和切削热，切削起来较快，但另一方面前角过大，会削弱刀尖强度，减少散热能力，加剧刀具磨损。(2)后角。 它是车刀副后刀面与基面之间在正交平面的投影角度，用符号a。表示。它影响主后面与过渡表面之间的摩擦情况。 (3)主偏角k， 它是主切削刃与进给方向在基面上投影的夹角，用符号k，表示。它影响主刀刃参加工作的长度，并影响切削力的大小。 (4)副偏角k： 它是副切削刃与进给方向在基面上投影的夹角，用符号k：表示。它影响已加工表面的粗糙度及副刀刃参加工作的长度。 (5)刀尖角e 刀尖角为主、副切削刃在基面上投影的夹角，用符号e表示。刀尖角的大小影响刀尖的强度及传热性能。它与前角、后角之间的羊乏喃． (6)刃倾角A 它是主切削刃与基面间的夹角，用符号A表示。主要影响排屑情况和刀尖承受冲击的能力。当刀尖是主切削刃点时A为正值；当刀尖是主切削刃点时A为负值。当刀刃与基面平行时A为零度。 (7)副后角口， 它是副切削平面在副截面内的夹角，用符号a，表示。其作用与后角a。相似。车刀静止状态下的几何角度如图4-6所示。 二、车刀几何角度选择 合理选择车刀的几何参数，可保证零件的加工精度、粗糙度，增大切削用量，减少车刀磨损，提高刀具耐用度，降低成本，提高生产效率。 1．前角70 前角70大小主要与需切削的工件材料及刀具材料性能有关，选择前角70时可从以下一些影响因素进行考虑： (1)工件材料对前角选择的影响 车削塑性材料工件时，切屑呈带状，切削力集中在离主切削刃较远的前刀面上，刀尖不易受损。为减少变形，应取较大的前角。而车削脆性材料工件，其切屑呈碎粒状，加上工件表面硬度高，通常含有杂质及有砂眼缩孔等缺陷，使刀尖附近集中了很大的冲击力。为保护刀尖，加工时一般情况下前角应取小些。 但在加工较硬材料工件时，因切削阻力大，应取较小前角，以保证车刀刀刃强度。如在加工铬锰钢、淬硬钢工件时，车刀前角通常磨成负前角，以增加车刀耐用度。 |
