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 車刀
 

外文名: Turning tool

加工範圍 :外圓、內孔、端面、螺紋、車槽等

所屬類別:單刃刀具

車刀是應用最廣的一種單刃刀具。也是學習、分析各類刀具的基礎。 車刀用於各種車床上,加工外圓、內孔、端面、螺紋、車槽等。

目錄

車刀結構

車刀由切削部分、刀柄兩部分組成。

切削部分承擔切削加工任務。

刀柄部分用來把車刀裝夾在機床刀架上。

車刀切削部分的幾何要素

車刀切削部分由前刀面、主後刀面、副後刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖組成。[1]

A、刀面

(l)前刀面Aγ:刀具上切屑流過的表面;

(2)主後刀面Aα:與工件上過渡表面相對的刀面;

(3)副後刀面Aαˊ:與工件上已加工表面相對的刀面。

B、切削刃

(1)主切削刃S:前刀面與後刀面的交線,承擔主要的切削工作;

(2)副切削刃Sˊ:前刀面與副後刀面的交線,承擔少量的切削工作。

C、刀尖:是主、副切削刃相交的一點。

(1)過渡刃:為了提高刀尖強度和延長車刀的使用壽命,將刀尖磨成一段直線或微小圓弧,稱為直線形過渡刃和圓弧形過渡刃。其中微小圓弧的半徑稱為刀尖圓弧半徑,用rε表示。

(2)修光刃:副切削刃近刀尖處一小段平直的切削刃,稱為修光刃。切削時,它起到修光已加工表面的作用。

 
來自知乎常用車刀

車刀切削部分的幾何參數

車刀與其他刀具一樣必須鋒利才能保證正常進行切削加工,如何才能刃磨得鋒利?這跟刀具切削部分的幾何角度有直接關係。車刀的切削部分共有6個獨立的基本角度和2個派生角度。

一.在基面內測量的角度

(1)主偏角kr:主切削刃在基面的投影與進給運動方向間的夾角,在基面中測量。

主偏角的作用是:影響刀尖部分的強度和散熱條件,影響切削分力的分配。

(2)副偏角kr′:副切削刃與進給運動反方向間的夾角,在基面中測量。副偏角可減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦,並影響刀尖部分的強度和散熱條件;影響工件已加工表面的粗糙度。

(3)刀尖角εr:主切削平面與副切削平面間的夾角。

刀尖角的大小會影響刀具切削部分的強度和傳熱性能。它與主偏角和副偏角的關係如下:

εr=180°-(kr+kr′)

二.在主正交平面內測量的角度

(1)前角γo 前刀面與基面間的夾角,在正交平面中測量。

前角表示刀具前面的傾斜程度,它可以是正值、負值或為零。

它的主要作用是影響刀具的鋒利程度和強度。

(2)后角αo 後刀面與切削平面間的夾角。在正交平面中測量。

主后角表示刀具主後面傾斜的程度。

它的主要作用是:減少刀具後刀面與工件加工表面之間的摩擦磨損,並配合前角調整切削刃的銳利程度和強度。

(3)楔角βo 前刀面與後刀面間的夾角。

楔角的大小將影響切削部分截面的大小,決定着切削部分的強度,它與前角和后角ao的關係如下

βo=90°-(γo+αo)

三、在切削平面內測量的角度

刃傾角λs 主切削刃與基面間的夾角,在主切削平面中測量。

刃頇角有正負之分(圖2-4)。刀尖處於最高點時,刃傾角為正;刀尖處於最低點時,刃傾角為負;切削刃平行於底面時,刃傾角為零。

刃傾角的主要作用是:影響切屑的流向(圖2-5);影響刀具的強度和鋒利性(有刃傾角時刀具鋒利,無刃傾角時刀具的鋒利性下降)。

四.在副切削刃正交平面內測量的角度

(3)副后角αo′副後面與副切削平面間的夾角,在副正交平面中測量。副后角表示刀具副後面傾斜的程度。副后角的主要作用是:影響車刀副後面與工件已加工表面的摩擦。

上述的幾何角度中,最常用的是前角、后角、主偏角、刃傾角、副偏角和副后角,通常稱之為基本角度,在刀具切削部分的幾何角度中,上述基本角度能完整地表達出車刀切削部分的幾何形狀,反映出刀具的切削特點。刀尖角和楔角為派生角度。[2]

車刀的種類

一、硬質合金焊接車刀

所謂焊接式車刀,就是在碳鋼刀杆上按刀具幾何角度的要求開出刀槽,用焊料將硬質合金刀片焊接在刀槽內,並按所選擇的幾何參數刃磨後使用的車刀。

二、機夾車刀

機夾車刀是採用普通刀片,用機械夾固的方法將刀片夾持在刀杆上使用的車刀。

此類刀具有如下特點:

(1)刀片不經過高溫焊接,避免了因焊接而引起的刀片硬度下降、產生裂紋等缺陷,提高了刀具的耐用度。

(2)由於刀具耐用度提高,使用時間較長,換刀時間縮短,提高了生產效率。

(3)刀杆可重複使用,既節省了鋼材又提高了刀片的利用率,刀片由製造廠家回收再制,提高了經濟效益,降低了刀具成本。

(4)刀片重磨後,尺寸會逐漸變小,為了恢復刀片的工作位置,往往在車刀結構上設有刀片的調整機構,以增加刀片的重磨次數。

(5)壓緊刀片所用的壓板端部,可以起斷屑器作用。

 
原圖鏈接機夾車刀

三、可轉位車刀

可轉位車刀是使用可轉位刀片的機夾車刀。一條切削刃用鈍後可迅速轉位換成相鄰的新切削刃,即可繼續工作,直到刀片上所有切削刃均已用鈍,刀片才報廢回收。更換新刀片後,車刀又可繼續工作。

1.可轉位刀具的優點 與焊接車刀相比,可轉位車刀具有下述優點:

(1)刀具壽命高 由於刀片避免了由焊接和刃磨高溫引起的缺陷,刀具幾何參數完全由刀片和刀杆槽保證,切削性能穩定,從而提高了刀具壽命。

(2)生產效率高 由於機床操作工人不再磨刀,可大大減少停機換刀等輔助時間。

(3)有利於推廣新技術、新工藝 可轉位刀有利於推廣使用塗層、[[陶瓷]等新型刀具材料。

(4)有利於降低刀具成本 由於刀杆使用壽命長,大大減少了刀杆的消耗和庫存量,簡化了刀具的管理工作,降低了刀具成本。

2.可轉位車刀刀片的夾緊特點與要求

(1)定位精度高 刀片轉位或更換新刀片後,刀尖位置的變化應在工件精度允許的範圍內。

(2)刀片夾緊可靠 應保證刀片、刀墊、刀杆接觸面緊密貼合,經得起衝擊和振動,但夾緊力也不宜過大,應力分布應均勻,以免壓碎刀片。

(3)排屑流暢 刀片前面上最好無障礙,保證切屑排出流暢,並容易觀察。

(4) 使用方便 轉換刀刃和更換新刀片方便、迅速。對小尺寸刀具結構要緊湊。 在滿足以上要求時,儘可能使結構簡單,製造和使用方便。

四、成形車刀

成形車刀是加工迴轉體成形表面的專用刀具,其刃形是根據工件廓形設計的,可用在各類車床上加工內外迴轉體的成形表面。 用成形車刀加工零件時可一次形成零件表面,操作簡便、生產率高,加工後能達到公差等級IT8~IT10、粗糙度為10~5μm,並能保證較高的互換性。但成形車刀製造較複雜、成本較高,刀刃工作長度較寬,故易引起振動。 成形車刀主要用在加工批量較大的中、小尺寸帶成形表面的零件。

工欲善其事,必先利其器,為了在車床上做良好的切削,正確地準備和使用刀具是很重要的工作。不同的工作需要不同形狀的車刀,切削不同的材料要求刀口具不同的刀角,車刀和工作物的位置和速度應有一定相對的關係,車刀本身也應具備足夠的硬度、強度而且耐磨、耐熱。因此,如何選擇車刀材料,刀具角度之研磨都是重要的考慮因素。

對刀具材料的基本要求

刀具材料是指切削部分的材料。它在高溫下工作,並要承受較大的壓力、摩擦、衝擊和振動等,因此應具備以下基本性能。

(1)較高的硬度 刀具材料的硬度必須高於工件材料的硬度,常溫硬度一般在60HRC以上。

(2)有足夠的強度韌性,以承受切削力、衝擊和振動。

(3)有較好的耐磨性,以抵抗切削過程中的磨損,維持一定的切削時間。

(4)較高的耐熱性,以便在高溫下仍能保持較高硬度,又稱為紅硬性或熱硬性。

(5)有較好的工藝性,以便於製造各種刀具。工藝性包括鍛造、軋制、焊接、切削加工、磨削加工和熱處理性能等。

目前尚沒有一種刀具材料能全面滿足上述要求。因此,必須了解常用刀具材料的性能和特點,以便根據工件材料的性能和切削要求,選用合適的刀具材料。

常用的車刀材料

刀具材質的改良和發展是今日金屬加工發展的重要課題之一,因為良好的刀具材料能有效、迅速的完成切削工作,並保持良好的刀具壽命。一般常用車刀材質有下列幾種:

1 高碳鋼

高碳鋼車刀是由含碳量0.8%~1.5%之間的一種碳鋼,經過淬火硬化後使用,因切削中的摩擦四很容易回火軟化,被高速鋼等其它刀具所取代。一般僅適合於軟金屬材料之切削,常用者有SK1,SK2、、、、SK7等。

2 高速鋼

高速鋼為一種鋼基合金俗名白車刀,含碳量0.7~0.85%之碳鋼中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。例如18-4-4高速鋼材料中含有18%鎢、4%鉻以及4%釩的高速鋼。高速鋼車刀切削中產生的摩擦熱可高達至6000C,適合轉速1000rpm以下及螺紋之車削,一般常用高速鋼車刀如SKH2、SKH4A、SKH5、SKH6、SKH9等。

3 非鑄鐵合金刀具

此為鈷、鉻及鎢的合金,因切削加工很難,以鑄造成形製造,故又叫超硬鑄合金,最具代表者為stellite,其刀具韌性及耐磨性極佳,在8200C溫度下其硬度仍不受影響,抗熱程度遠超出高速鋼,適合高速及較深之切削工作。

4 燒結碳化刀具:

碳化刀具為粉未冶金的產品,碳化鎢刀具主要成分為50%~90%鎢,並加入鈦、鉬、鉭等以鈷粉作為結合劑,再經加熱燒結完成。碳化刀具的硬度較任何其它材料均高,有最硬高碳鋼的三倍,適用於切削較硬金屬或石材,因其材質脆硬,故只能製成片狀,再焊於較具韌性之刀柄上,如此刀刃鈍化或崩裂時,可以更換另一刀口或換新刀片,這種夠車刀稱為捨棄式車刀。

碳化刀具依國際標準(ISO)其切削性質的不同,分成P、M、K三類,並分別以藍、黃、紅三種顏色來標識:

P類適於切削鋼材,有P01、P10、P20、P30、P40、P50六類,P01為高速精車刀,號碼小,耐磨性較高,P50為低速粗車刀,號碼大,韌性高,刀柄塗藍色以識別之。

K類適於切削石材、鑄鐵等脆硬材料,有K01、K10、K20、K30、K40五類,K01為高速精車刀,K40為低速粗車刀,此類刀柄塗以紅色以識別。

M類介於P類與M類之間,適於切削韌性較大的材料如不?袗?等,此類刀柄塗以黃色來識別之。

5 陶瓷車刀:

陶瓷車刀是由氧化鋁粉未,添加少量元素,再經由高溫燒結而成,其硬度、抗熱性、切削速度比碳化鎢高,但是因為質脆,故不適用於非連續或重車削,只適合高速精削。

6 鑽石刀具

作高級表面加工時,可使用圓形或表面有刃緣的工業用鑽石來進行光制。可得到更為光滑的表面,主要用來做銅合金或輕合金的精密車削,在車削時必須使用高速度,最低需在60~100m/min,通常在200~300m/min。

7 氧化硼

立方晶氧化硼(CBN)是近年來推廣的材料,硬度與耐磨性僅次於鑽石,此刀具適用於加工堅硬、耐磨的鐵族合金和鎳基合金、鈷基合金。

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車刀無所不能

參考資料