金属切削刀具结构与应用.ppt

书名：金属切削刀具结构与应用ISBN：978-7-111-44775-7作者：娄岳海出版社：机械工业出版社本书配有电子课件,孔加工刀具应用,项 目 二,项目二 孔加工刀具应用,模块1 案例分析,模块2 孔加工刀具种类和用途,模块3 麻花钻,模块4 铰刀,模块5 孔加工复合刀具,最终目标：能正确选用孔加工刀具，能合理选择切削用量，会刃磨普通钻头。促成目标：1）熟悉孔加工刀具的类型、结构及材料，掌握孔加工刀具正确选用方法。2）了解孔加工刀具的几何参数。3）掌握合理选择切削用量的方法。4）掌握普通钻头刃磨方法。,教学目标,项目二 孔加工刀具应用,案例分析,模块1,试分析该机座零件中批生产时的机械加工工艺过程，并确定孔加工刀具。,单元 1 技术要求分析,1尺寸公差 22H7、34js7均为IT7级精度。,2形位公差 34js7外圆对22H7轴线的径向圆跳动公差为0.01mm，左端面对22H7轴线的垂直度公差为0.01mm。,3表面粗糙度 34js7外圆、22H7内孔、左端面的表面粗糙度均为Ra1.6m；机座台阶表面的粗糙度为Ra3.2m，其余Ra6.3m。,图2-2,单元 2 工艺过程分析,毛坯采用45265mm棒料（6件合一）。主要定位基准为两端中心孔、22H7孔。,机座机械加工工艺过程,备料（6件合一）车端面、钻中心孔粗车外圆，车分割槽钻22H7孔成单件车、铰22H7孔精车外圆钻径向油孔4去毛刺终检入库,主要表面加工方法 22H7内孔：钻车孔铰孔，34js7外圆：粗车精车。,图22,单元 3 设备及工艺装备的选择,1设备选择 卧式车床CA6140，台式钻床Z512。,2刀具选择 B2.5中心钻一件；4、20.5钻头各一件；22H7粗、精铰刀各一把；90粗、精车刀各一把；60、90内孔车刀各一把，2mm、3mm切槽车刀各一把；45车刀一把。,3量具选择外圆34js7：25-50mm的外径千分尺；内孔22H7：0-25mm内径千分尺或专用塞规；径向圆跳动和垂直度：千分表；轴向尺寸及其他工序尺寸：0-150mm游标卡尺。,图22,1、孔的主要加工方法：,（1）切削加工方法：钻孔、扩孔、铰孔、车孔、镗孔、拉孔、磨孔、金刚石镗、精密磨削、超精加工、研磨、珩磨、抛光（2）特种加工：电火花穿孔、超声波穿孔、激光打孔,1）刀具刚度差 孔加工刀具尺寸受被加工孔径的限制，刀具的长径比 较大，致使孔加工刀具刚度差，切削稳定性差，易产生振动，切削用量比车外圆要低。2）排屑困难 容屑空间较小，半封闭状态，排屑不畅。3）直观性差 只能根据切屑的形状、振动等来间接判断。4）规格品种多 多是定尺寸刀具。虽然一般采用基孔制，但种类、规格仍然繁多。,1、扁钻切削部分为铲形，结构简单，制造成本低，切削液容易导入孔中，但切削和排屑性能较差。,单元 1 在实体材料上加工孔用刀具,2.麻花钻孔加工刀具中应用最为广泛的刀具，特别适合于30mm 以下孔的粗加工，直径大一点的也可用于扩孔。有高速钢麻花钻和硬质合金麻花钻。,3.中心钻用于加工轴类零件的中心孔，按结构特点分为不带护锥的中心钻-A型、带护锥的中心钻-B型、弧形中心钻-R型三种。,4.深孔钻加工深度与直径之比 L/D 5 的孔，切削液不易到达切削区域，冷却散热条件差，切削温度高，刀具耐用度低；刚度较差，易发生引偏和振动。深孔钻在结构上必须解决断屑排屑、冷却润滑和导向三个问题。,单元 2 对已有孔加工用刀具,1.铰刀 用于中、小直径未淬硬孔的半精加工和精加工。齿数多，刚性、导向好；加工余量小，制造精度高。加工精度粗铰：IT8IT7，Ra1.60.8m；精铰：IT7IT6，Ra0.80.2m。,（1）分类：1）粗镗（车）：IT12IT11，Ra：2512.5m 2）半精镗（车）：IT10IT9，Ra：6.33.2m 3）精镗（车）：IT8IT7，Ra：1.60.8m（2）刀具：镗刀（3）设备：镗床、车床、铣床、组合机床（4）镗削特点 1）镗削的适应性较强（大直径孔）；2）镗削可有效校正原孔的轴线偏斜与位置误差；3）镗削的生产率低；4）镗刀的制造和刃磨简单，费用低；5）不适宜进行细长孔的加工。,2.镗刀,用浮动镗刀在铣镗床上镗孔的方法,用单刃镗刀在铣镗床上镗孔的方法,（1）机夹式单 刃镗刀（圆形、方形）,特点：,结构简单，制造方便，通用性好。,镗盲孔或阶梯孔，镗刀头安装倾斜角=10 45，且压紧螺钉不影响镗刀切削。,镗通孔时倾斜角0。,镗杆上装刀孔对称于镗杆轴线,镗刀装入孔后，刀尖高于工件中心,工作前角减小、后角增大,选择镗刀时，增大前角，减小后角。,2.1 单刃镗刀,（2）微调镗刀,用于坐标镗床和数控机床上。,特点：调节尺寸容易，调节精度 高，主要用于精加工。,调节螺母5、波形垫圈4固定微调螺母2和镗刀头1在固定座套6上，以产生预紧力和消除螺纹副的轴向间隙。径向移动量：,2.2 双刃镗刀,有两个切削刃参加切削，背向力相互抵消，不易振动。,（1）固定式镗刀块,焊接式或可转位式，用于粗镗、半精镗d40mm孔。,镗刀块与镗杆上方孔的配合要求高（H7/h6），方孔对轴线的垂直度、平行度、对称度误差不大于0.01mm。,镗刀块刚性好、容屑大、效率高。可连续更换镗刀块粗镗、半精镗、锪沉孔或锪端面。,a）锲夹紧 b）双向倾斜螺钉夹紧,（2）滑槽式双刃镗刀,如图，可通过调整螺钉5，通过镗刀头上销子6使镗刀头3沿槽滑动来调整镗孔大小。镗孔范围：25250mm。广泛应用于数控机床。,（3）浮动镗刀（浮动铰刀）,松开紧固螺钉2，转动调节螺钉3推动刀体。镗孔范围：20330mm调节量：230mm,镗孔时，浮动镗刀装入镗杆方孔中，不夹紧，两切削刃上切削力自动定心。,特点：补偿刀具安装误差和机床主轴偏差造成加工误差，加工精度IT7IT6，表面粗糙度Ra1.60.2m。,注：无法纠正孔直线度误差和位置误差。,用于单件、小批生产中精加工直径较大的孔。,3.扩孔钻,扩孔钻是用于扩大孔径、提高加工孔质量的刀具。用于孔的最终加工或铰孔、磨孔前的预加工。,加工精度IT11IT10,Ra6.33.2,特点：（1）齿数多，34齿，导向性好。（2）无横刃，改善切削条件。（3）容屑槽浅，钻芯厚，强度、刚度高，能纠正孔的轴线歪斜；切削用量大。高速钢扩孔钻319.7mm作成直柄，7.850mm作成锥柄，25100mm作成套式。,扩孔钻常见结构形式：,（a）高速钢整体式（b）镶齿套式（c）硬质合金可转位式,4.锪钻,加工各种埋头螺钉沉孔、锥孔和凸台面。,a）带导柱平底锪钻。,b）带导柱90锥面 锪钻。,c）不带导柱锥面锪钻。,d）端面锪钻。,模块3 麻花钻,主要用于孔的粗加工，IT10级以下；表面粗糙度Ra25m 6.3 m。,图2-10,1.麻花钻的组成,（1）工作部分,麻花钻的工件部分分为切削部分和导向部分。,1）切削部分切削部分是指钻头前端有切削刃的部分。,切削部分由两个前面、两个后面、两个副后面组成。共有三条主刃、两条副刃，即左右切削刃、横刃（两后刀面汇交的区域）和两条棱边。,2）导向部分用于导向、排屑，也是切削部分的后备部分。两条刃带可用于保持孔形尺寸和钻头进给时的导向；两条螺旋刃沟是排屑和输送切削液的通道；钻芯以连结两条刃瓣。,（2）柄部用于装夹钻头和传递动力。小直径钻头多做成圆柱柄；大直径钻头多做成莫氏锥柄。,（3）颈部柄部与工件部分的连接部分，颈部直径略小，起砂轮越程槽的作用，上面印有厂标、规格等标记；小直径钻头多无颈部。,图29,图210,图210 麻花钻的组成,柄部,柄部,图2-9a 麻花钻切削部分a,图2-9b 麻花钻切削部分b,（1）直径 d,指钻头在制造中控制的尺寸或角度，是确定钻头几何形状的独立参数。,切削部分测量的两刃带间距离，有标准系列，GB/T6135.1/5-1996、GB/T1438.1/5-1996。规格：0.1100mm，常用350mm。,（2）直径倒锥,远离切削部分的直径逐渐减小，形成倒锥，以减小刃带与孔壁的摩擦，相当于副偏角r。倒锥量约为0.030.12mm/100mm。,图210,（3）钻芯直径 do,指钻头刃带棱边螺旋线展开成的直线与钻头轴线的夹角。,（4）螺旋角,指两刃沟底（主切削刃）相切圆的直径。它影响钻头的刚性与容屑截面。直径大于13mm的钻头，do=(0.1250.15)d，钻芯做成1.42mm/100mm的正锥度，以提高钻头的刚度。,图210,主刀刃上x点的螺旋角x为：式中：rx钻头选定点半径；P螺旋槽导程刃带处螺旋角。,图2-11 麻花钻的螺旋角和顶角,f,轴向力和扭矩,切削轻快,切削刃强度和散热条件,刀具寿命,螺旋角的大小不仅影响排屑情况，而且它就是钻头的s、f。,标准麻花钻的螺旋角=25 32。轻合金、紫铜：=35 40 高强度钢、铸铁：=10 15,图2-12 麻花钻的标注参考系及刃磨角度,（1）麻花钻的标注参考系,基面pr为过切削刃选定点包含钻头轴线的平面。由于钻头切削刃上各点直径大小、方向不同，所以各点基面方位也不同。,3个测量平面,端平面pt：与钻头轴线垂直的投影面。,中剖面pc：过钻头轴线与两主切削刃平行的平面。,柱剖面pz：过切削刃选定点作与钻头轴线平行的 直线，该直线绕钻头轴线旋转形成的 圆柱面。,由于钻头的前刀面是螺旋面，且各点处的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各处的前角也是不相同的，由外缘向中心逐渐减小。在图样上，钻头的前角不予标注，而用螺旋角表示。,（图213）,（图212）,1）顶角2,2,主切削刃长度,单位切削刃上的负荷及轴向力,钻尖强度,有利于散热，提高钻头耐用度,两主切削刃在中剖面投影中的夹角。普通麻花钻2=116118（图212）,2）外缘后角f,主切削刃靠刃带转角处在柱剖面中表示的后角。中等直径钻头f=820（图212）,为改善切削条件，并能与切削刃上变化的前角相适应，而使各点的楔角大致相等，麻花钻的后角刃磨时应由外缘向中心逐渐增大。,3）横刃角度,端平面测量的中剖面与横刃的夹角。普通麻花钻=4755（图213）。后角越大，角越小。由于近中心处后角不易测量，通常通过测量角来控制中心刃后角。,横刃斜角,横刃前角o,横刃后角o,标准麻花钻，o=-（5460），o=3036,基面pr,由于横刃前角为负值，因此横刃的切削条件很差，切削时因产生强烈的挤压而产生很大的轴向力。对于直径较大的麻花钻，一般都需要修磨横刃。,单元4 钻削原理,2.钻削用量与切削层参数,钻削用量包括背吃刀量（钻削深度）、进给量、钻削速度三要素,钻削深度(背吃刀量)：（单位为mm）每刃进给量：（单位为mm/z）钻削速度：（单位为m/min）,1钻削运动,主运动：钻头的旋转运动（钻床上加工）或工件的旋转运动（车床上加工）。进给运动：钻头的轴向运动,钻孔时切削层参数包括：钻削厚度：（单位为mm）钻削宽度：（单位为mm）每刃切削层公称横截面积：（单位为mm2）材料切除率：（单位为mm3/min）,3.钻削过程特点：,（1）钻削变形特点1）切削性能差：钻头横刃处前角负值较大，钻心区域切削速度 也接近零，但仍有进给运动，切削条件极差，称作楔劈挤压。2）不利切屑的卷曲与排屑：主切削刃各点前角、刃倾角不同，使切屑变形、卷曲、流向也不同。3）磨损快：钻头刃带无后角，与孔壁摩擦。,另外，钻头的两条主切削刃手工刃磨难以准确对称、工件材料不均匀，致使钻孔具有易引偏、孔径易扩大和孔壁质量差（o=0）等工艺问题。,（2）钻削力,包括主切削力（切向力）、背向力（径向力）和进给力（轴向力）。当左右切削刃对称时，背向力抵消，最终构成对钻头影响的是进给力Ff与切削扭矩Mc。钻削力实验公式：进给力：扭矩：切削消耗功率（kW）：,Ff,Ff,切削刃,钻削力,钻削力的分配,（3）钻头磨损特点,高速钢钻头磨损：相变磨损。外圆周切削速度最高，因此磨损最为严重。钻头磨损的形式：后面磨损。伴随有刃带磨损，形成顺锥，副切削刃AB变为主切削刃的一部分，切下宽而薄的切屑，扭矩急增，易咬死而导致钻头崩刃或折断。钻头磨损限度常取外缘 转角处VB值为（0.81）倍刃带宽；钻铸铁VB=12mm。,4.钻削用量选择,（1）钻头直径 钻头直径应由工艺尺寸决定，尽可能一次钻出所要求的孔。需扩孔者，第一次钻孔直径取孔径的50%70%。合理刃磨与修磨，可有效的降低进给力，扩大机床钻孔直径的范围。,（2）进给量 一般钻头进给量受钻头的刚性与强度限制。普通钻头进给量可按以下经验公式估算：合理修磨的钻头可选用f=0.03d。机动进给与钻床实有的 f 修正后确定。,（3）钻削速度 钻头的切削速度查阅有关手册、资料选取。参见P7475表2-2表2-5。,用于中、小直径未淬硬孔的半精加工和精加工。加工余量小，齿数多，刚性导向好。加工精度粗铰：IT8IT7，Ra：1.60.8m；精铰：IT7IT6，Ra：0.80.2m。,模块4 铰刀,铰削工艺特点（1）精度高，表面粗糙度小，适于细长孔的精加工。（2）铰孔不能纠正原孔轴线的偏斜和位置误差，需由前道工序 保证。（3）铰刀是定径刀具，易保证铰孔质量，适于成批大量生产。（4）铰削的适应性差，定尺寸、公差，不宜加工非标准孔、盲 孔、断续孔和台阶孔。（5）铰削可加工钢、铸铁和有色金属零件，不能加工淬火或硬 度过高的工件。,单元1 圆柱铰刀的结构特征,工作部分,切削部分,校准部分,圆柱部分,倒锥部分,颈部,柄部,结构参数直径d、齿数z、主偏角r、背前角p、后角o和槽形角。,前导锥C45,按使用方式分：手用铰刀和机用铰刀,手用铰刀：主偏角Kr小（030130），工作部分长，直径171mm（d、e）。用于单件小批生产或装配中铰削圆柱、锥孔。,机用铰刀：高速钢和硬质合金机用铰刀。加工钢时Kr=1215，加工铸铁时Kr=35，加工不通孔时Kr=45（减小孔底圆锥部长度）。高速钢机用铰刀：直径d=120mm作成直柄（a）；直径d=5.550mm作成锥柄（b）；直径d=25100mm作成套式（f）。成批生产时在机床上低速铰削孔。,单元2 铰刀的种类和用途,硬质合金机用铰刀：d=620mm作成直柄；d=840mm作成锥柄（c）用于成批生产时在机床上铰削普通材料、难加工材料的孔。,图（g）：莫氏锥度铰刀。加工余量 大，有分屑槽的为粗铰刀。,图（h）：1：50锥度销子铰刀，常用0.650mm，用于铰削1：50圆锥孔。,单元3 铰刀的结构参数,高速钢铰刀,1直径及其公差,硬质合金铰刀,标准高速钢铰刀,标准硬质合金铰刀,精度等级为H7级、H8级和H9级的铰刀，用于加工基孔制H7、H8和H9级精度的孔。,2齿数z及齿槽形,（1）齿数 铰刀齿数一般为412 个（偶数）。,（2）铰刀的齿槽形式 1）直线形 一般用于d=120mm的铰刀 2）圆弧形 一般用于d20mm的铰刀 3）折线形 常用于硬质合金铰刀，以保证硬质合金刀片有足够的刚性支撑面和刀齿强度。,铰刀齿槽方向有直槽和螺旋槽两种。右旋槽铰刀切屑向后排出，适用于加工盲孔；左旋槽铰刀切屑向前排出，适用于加工通孔。螺旋角选取：加工铸铁时78；加工钢件时1220；加工铝等轻金属时3545。,单元4 铰削过程特点,1、余量小，0.050.25mm（孔径D18mm，(D-d)0.15mm；D=1850mm时，(D-d)0.25mm)。主偏角r 15，切削厚度hD很薄。经常hDrn，切削前角为负，对加工表面产生挤刮作用，弹性恢复后，受校准部分后角0的刃带挤压与摩擦，所以 铰削=切削+挤压+摩擦。,2、与钻削相比，铰削的特点是“低速大进给”。低速是为了避免积屑瘤，进给量较大是由于铰刀齿数多，主偏角小。若进给量小会造成切削厚度过小，切屑不易形成，啃刮现象严重，刀具磨损反而加剧。一般用高速钢铰刀铰削钢材时，vc=1.55m/min，f=0.32mm/r；铰削铸铁件时，vc=810m/min，f=0.53mm/r。3、为提高铰孔质量，需施加润滑效果好的切削液，不宜干切，铰钢件时以浓度较高的乳化液或硫化油为好；铰铸铁件时，可以干铰削，以煤油为好，但注意，煤油会引起孔径收缩，最大收缩量可达0.020.04mm。,pr,单元5 铰刀的合理使用,（1）铰刀的装夹要合理（2）铰削余量要适中（3）选择合理的切削用量（4）选择合适的切削液（5）铰刀的重磨和鐾刀（6）正确选择铰刀的类型,单元6 铰孔切削用量选择,铰削用量按照P8687表2-6表2-10选取。,由两把或两把以上同类或不同类孔加工刀具组合而成。,优点：生产率高；保证加工表面间位置 精度；工序集中，减少机床。,缺点：制造复杂，重磨和尺寸调整困难。,按零件工艺类型分类：,同类工艺复合孔加工刀具。如右图,a、复合钻；b、复合扩孔钻；c、复合铰刀；d、复合镗刀,模块5 孔加工复合刀具,不同类工艺复合孔加工刀具。如右图,a、钻扩；b、扩铰；c、钻铰；,按结构可分：整体式；焊接 式；镶装式,设计复合刀具时应注意的问题：,1、正确选择复合程度和形式,如实心材料上加工IT8IT7，Ra3.21.6m孔,（1）孔尺寸较小时采用a图，钻 扩铰顺序加工刀具,（2）钻孔精度较高时采用b图，钻 铰铰复合刀具,（3）孔尺寸较大时采用c图，扁钻 镗复合刀具,2、刀具结构形式,整体式复合孔加工刀具：刚性好，同轴度、垂直度精度高；重磨后尺寸不可调，利用率低，用于小尺寸。,a）图钻扩镶装可调的复合刀具 螺钉调节钻头伸出长度。,b）图可转位复合扩孔钻：结构简单，转位迅 速，节省刀具重磨、调刀时间。,c）图镶装可转位复合镗刀：加工摩托车零件。,3、强度和刚度,要求刀体强度高、联结牢固、刚性足够、各刀受力平衡。,孔同轴度要求高而刚性差，作出导向部。导向部可安置在复合刀具的前端、后端、中间或前、后端位置。,a)中间导向,b)前、后导向,4、排屑、分屑和断屑,a)图：容屑槽交错分布的复合 刀具,b)图：有切削液通道的复合刀具，切削刃上磨出分屑槽，减少切屑宽度。,注：合理选择可转位刀片断屑槽。,5、合理选择切削用量,为确保刀具寿命4h，选择较小切削用量。,ap：相邻单刀直径差决定，不易过大。,f：各刀共有的，按最小尺寸单刀选定。对于先后切削的复合刀具应依次改变进给量，适应各种加工需要。,vc：按最大直径刀具确定切削速度。,注：不同加工工艺应兼顾不同工艺特点。如钻铰，铰削vc切削速 度vc钻削vc,