考点5 金属切削刀具的基础知识 《金属加工基础》 山东省（春季高考）机械制造类 知识讲解

山东省（春季高考）机械类 金属加工 复习讲义 1—5 金属切削刀具的基础知识 【考纲要求】 （1）理解切削加工中切削运动和切削用量的概念。 （2）会正确选择切削用量和车削刀具。 【知识和技能要点】 考点1 金属切削运动及切削用量 1. 切削运动 (1)定义：切削过程中，切削刀具与工件间的相对运动就是切削运动，如图3-3- 1- 1所示。 (2)分类：切削运动包括主运动和进给运动两个基本运动。 (3)主运动。 主运动使切削刀具和工件之间产生相对运动，从而使切削刀具前面接近工件。主运动是进 行切削所需的基本运动。它是在切削运动中消耗功率最大的运动。任何切削过程必须有一个， 也只有一个主运动。主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。车削时工件的旋转为主运 动，铣削时刀具的旋转为主运动。 (4)进给运动。 进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动一起即可连续地进行切削，并 获得所需几何特性的表面。进给运动的速度一般远小于主运动的速度，而且消耗的功率也较 少。在切削过程中，进给运动可能有一个，也可能有若干个。车削时刀具的横向、纵向运动为进 给运动；铣削时工件的横向、纵向运动为进给运动。 主运动和进给运动可以由刀具、工件分别来完成，也可以由刀具单独完成。 2.切削用量 (1)定义：指切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量的总称。 (2)运动表面 待加工表面：工件上有待切除的表面。 已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面。 过渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面，是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。 (3)切削速度(vc)。 加工时，刀具切削刃上的某一 点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度称为切削速度。 当主运动是旋转运动时，切削速度指圆周运动的线速度。 当主运动是直线运动时，切削速度即为直线运动的平均速度。 (4)进给量(f)。 进给量指主运动的一个循环(一转或一次往复行程)内，刀具在进给方向上相对工件的位移量。 车削时，进给量f 是指工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离，单位是 mm/r。 (5)背吃刀量(ap)。 背吃刀量一般是指工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离，也称为切削深度，单位是 毫 米(mm)。 (6)切削用量的选用。 ①选用原则：使切削加工获得合格的加工质量、较高的生产率和最低的加工成本。 ②实践经验证明：对刀具耐用度影响最大的是切削速度 ve,影响最小的是背吃刀量ap。 ③粗加工时，应尽快地切除工件的加工余量，同时还要保证规定的刀具耐用度。 一般情况 下，粗加工时选用较大的背吃刀量和进给量，选取中等或低的切削速度。 ④精加工时，首先考虑工件的加工精度和质量，同时还要考虑刀具的耐用度和保证较高的 生产率。工件的加工精度主要靠背吃刀量 ap 来满足，表面粗糙度主要靠进给量 f 来满足。 一般情况下，精加工时选用较小的背吃刀量和进给量，选取较高的切削速度。 考点2 切削刀具的材料及应用 (1)对于切削刀具来说，切削刀具材料与切削刀具的几何角度是两个最重要的因素。 (2)切削刀具材料应具备的基本性能。 ①高硬度和耐磨性。 切削刀具材料的硬度一般必须大于被切削材料的硬度，并能够满足足够的切削工作时间。 ②高热硬性。 切削刃具在高温下保持其高硬度和高耐磨性的能力。 ③较好的化学稳定性。 切削刀具在切削过程中不发生黏结磨损及高温扩散磨损的能力。 ④足够的强度和韧性。 要求切削刀具材料能够承受冲击和振动而不破坏。 (3)常用刀具材料的种类及应用。 ①碳素工具钢。 优点：碳素工具钢淬火后有较高的硬度，容易磨得锋利，价格低。 缺点：碳素工具钢的热硬性差，在200～250℃工作时硬度开始明显下降。碳素工具允许的切削速度较低(v.<10m/min)。 应用：主要用于制造手工用切削刀具及低速切削刀具。如手工用铰刀、丝锥及板牙等，不宜 用来制造形状复杂的刀具。 常用牌号：T10 或 T10A 、T12 或 T12A 等。 ②合金工具钢。 优点：合金工具钢的热硬性温度约为300～350℃,硬度高，允许的切削速度比碳素工具钢高 10%～14%。 应用：多用来制造形状比较复杂，要求淬火后变形小的切削刀具。如冷剪切刀、板牙、丝锥、 铰刀等。 常用牌号：9SiCr 、CrWMn 、Cr12MoVA等。 ③高速工具钢。 优点：高速工具钢的热硬性温度可达550～650℃,硬度高。 应用：适用于制造切削速度较高的精加工切削刀具和各种复杂形状的切削刀具。如车刀、 铣刀、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、饺刀、宽刃精刨刀等。 常用牌号：W18Cr4V 和 W6Mo5Cr4V2。 ④硬质合金钢。 优点：热硬性温度高达800～1000℃,具有很高的硬度，允许切削速度为高速钢的4～10倍。 缺点：硬质合金钢韧性较差，怕振动和冲击，成形加工较难。 应用：主要用于制造高速切削和要求耐磨性很高的切削刀具、如车刀、铣刀等。 ⑤氮化硅陶瓷。 优点：硬度高(93～94 HRA), 耐磨性好，可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬 度材料(如硬度达65 HRC 的各类淬硬钢和硬化铸铁),可免除退火工序，节约电能。 与金属的摩擦力小，切屑不易粘在刀片上，在相同条件下得到的工件表面粗糙度值较小。 刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数。 耐高温，热硬性好，可在1200℃下连续切削，因此氮化硅陶瓷刀具的切削速度比硬质合金刀 具高很多，能以200～1000 m/min 的切削速度高速切削钢、铸铁等材料，切削效率比传统刀具高 3～10倍。 缺点：与硬质合金刀具相比，氮化硅陶瓷刀具脆性较大、强度较低，在切削过程中适合选用 较小的进给量和尽可能高的切削速度。 应用：主要用于制造各种车刀、铣刀和刨刀等。 ⑥人造金刚石。 优点：硬度高，仅次于天然金刚石，耐磨性好。 缺点：韧性、抗弯强度和热稳定性差，当切削温度达到700～800℃时就会失去高硬度，因而 不适应在高温下切削；与铁的亲和力很强， 一般不适宜加工钢铁材料。 应用：主要用于制造各种车刀、镗刀、铣刀的刀片，用于加工非铁金属及非金属材料，如铝合 金、铜合金、陶瓷、合成纤维、塑料及橡胶等。 考点3 切削刀具的几何角度及选用 (1)车刀切削部分的组成：最常用的外圆车刀切削部分由三个刀面、 两个切削刃和一个刀尖组成，简称三面、两刃、 一尖。 三面指前面、主后面、副后面；两刃指主切削刃、副切削刃； 一尖指刀尖。 ①前面：指切削刀具上切屑流过的表面，目的是使切屑顺利流出。 ②主后面：指与工件上切削中产生的过渡表面相对的表面，又称为后刀面。主后面应倾斜 一定角度以减小与工件表面的摩擦。 ③副后面：指切削刀具上同前面相交形成副切削刃的表面。副后面应倾斜一定角度以免擦 伤已加工表面。 ④主切削刃：指前面与后面的交线。它担负主要的切削任务。 ⑤副切削刃：指前面与副后面的交线。它是切削刃上除主切削刃外的刀刃，仅担负少量切 削任务。 ⑥刀尖：指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。 (2)辅助平面。 ①基面：指过切削刃选定点的平面，它平行(或垂直)于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安 装或定位的一个平面(或轴线)。 一般来说，基面垂直于假定的主运动方向。 ②切削平面：指通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。过切削刃上任一点 的切削平面与基面互相垂直。 ③正交平面：指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。 车刀的基面、切削平面、正交平面在空间上是相互垂直的。 (3)车刀切削部分的几何角度。 刀具的几何角度是刀具制造和刃磨的依据。普通外圆车刀一般有10个角度。 ①前角(Yo)。 定义：在正交平面中测量的由前面与基面构成的夹角。 特点：增大前角，切削刀具锋利，切削轻快，但如果前角太大，则切削刀具强度降低。 选用：硬质合金车刀的前角一般为一5°~25°。 当工件材料硬度较低、塑性较好及精加工时，前角取较大值。 当工件材料硬度较高、塑性较差及粗加工时，前角取较小值。 ② 后 角(ao)。 定义：在正交平面中测量的后面与切削平面构成的夹角，称为后角。 特点：增大后角，可减小切削刀具后面与工件之间的摩擦，但如果后角太大，则刀刃强度降低。 选用：粗加工时，后角一般取6°~8°;精加工时，后角一般取10°~12° ③副后角(αo′)。 定义：在副正交平面中测量的副后面与副切削平面构成的夹角。它表示副后面的倾斜程度。 ④主偏角(k)。 定义：在基面中测量的主切削刃在基面上的投影与进给方向构成的夹角。它表示主切削刃 在基面上的方位。 特点：增大主偏角使进给力加大，有利于消除振动，但刀具磨损将加剧，散热条件变差。 选用：主偏角一般为45°~90°。粗加工时取大值，精加工时取小值。 ⑤副偏角(k₁')。 定义：在基面中测量的副切削刃在基面上的投影与进给反方向构成的夹角。它表示副切削 刃在基面上的方位。 特点：增大副偏角可减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，改善散热条件，但工件表 面粗糙度值增大。 选用：副偏角一般为5°~10°,粗加工时取大值，精加工时取小值。 ⑥刃倾角(λs)。 定义：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间构成的夹角。 选用：刃倾角一般为-5°~+10°,粗加工时取负值，精加工时取正值。刃倾角正负的选取影 响排屑的方向。 以上6个角度为刀具的独立角度，此外还有4个派生角度：楔角 βo、切削角δ、刀尖角ε,和 副前角 Yo'。 它们的大小完全取决于前6个角度。其中，Yo+ao+βo=90°,k+k,'+e,=180° (4)正确选用常用刀具的基本方法。 刀具种类很多，而且各种刀具的用途也不相同。选择刀具时，需要根据零件的形状与尺寸、 零件的材料、加工零件的设备与夹具、零件的加工性质、零件的加工精度、零件的加工成本等因 素进行综合分析后才能合理选择。 【练习题】 一、单项选择题 1．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 2.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 B.与后面相切 D.与前面通直 3.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 4.刀具上能减小工件已加工表面粗糙度的几何要素是( )。 A.增大前角 B.增大刃倾角 C.减小副偏角 D.减小后角 5.在正交平面内测量的角度有( )。 A.前角和后角 B.主偏角和副偏角 B.后角和副后角 D.前角和刃倾角 6.[2021年真题]精车时为提高工件的表面质量，下列措施正确的是( )。 A. 减少进给量 B.增大背吃刀量 C. 选择负刃倾角车刀 D. 减少车刀前角 7.车刀其他角度不变，前角增大，则车刀 ( )。 A. 刀口锋利 B. 切削费力 C. 刀头强度提高 D. 更适用于粗车 8.关于切削刀具的选用，下列说法正确的是( )。 A. 要求切削速度较高的精加工切削刀具和各种复杂形状的刀具多选用碳素结构钢为 材料 B. 形状比较复杂，要求淬火后变形小的刀具多选用合金工具钢为材料 C. 增大车刀的主偏角会使切削刀具锋利，如果太大，则切削刀具强度降低 D. 车刀的刃倾角一般为45°~90°,粗加工时取最大值，精加工时取最小值 9.用来减少车刀与工件已加工表面之间的摩擦( )。 A.增大前角 B.减小前角 C.增大副偏角 D.减小副偏角 10.车刀前角、后角和楔角之和为( )。 A.45° B.75° C.90° D.60° 11. 安装刀具使刀尖低于工件中心时，刀具的工作( )增大 。 A.主偏角 B.副偏角 C.前角 D.后角 12.高速精车铝合金应选用的刀具材料是 ( )。 A.高速钢 B.硬质合金 C.氮化硅陶瓷 D.碳素钢 13.由于硬度极高的硬质点在刀具表面划伤只是刀具磨损称为( )。 A.磨料磨损 B.粘结磨损 C.扩散磨损 D.氧化磨损 14.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 15.当时，可提高刀具寿命 ( )。 A.保持车刀锋利 B.材料强度高 C.高速切削 D.前、后角很大 16.既能车削外圆又能车削端面和倒角的车刀是( )。 A.90°偏刀 B.尖头车刀 C.45°弯头车刀 D.75°偏刀 【答案】 一、单项选择题 1. C 2.A 3. C 4．C 5.A 6.A 7.A 8.B 9.D 10.C 11.D 12.B 13.A 15.D 16.A 17.C 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $