关于车床知识第四章

时间:2022-09-25作者:佚名

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Wl8Cr4VW9Cr4V2两种牌号。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l3501560"(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HRA8792,红硬性为800--900,代号为YG,常用牌号为YG3YG3XYG6YG6XYG8YGll等。其中YG3XYG6X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YT5YTl4YTl5YT30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YWlYW2。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。

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