第四章刀具 第一節(jié)~第二節(jié)

1、第四章 刀具 在金屬切削過程中，刀具直接完成切削工作，它的完善程度，對(duì)切削效率、加工質(zhì)量和生產(chǎn)成本有很大的影響。 刀具能否勝任切削工作，取決于構(gòu)成刀具的材料、刀具的幾何形狀和刀具的結(jié)構(gòu)。 在切削過程中，刀具切削部分由于受切削力、切削熱和摩擦而磨損，所以，一把好的刀具不僅要鋒利，而且還要經(jīng)久耐用，不易磨損變鈍。第一節(jié) 金屬切削刀具一、刀具材料1.刀具材料應(yīng)具備的性能 刀具材料的切削性能，關(guān)系著刀具的耐用度和生產(chǎn)率；刀具材料的工藝性，影響著刀具本身的制造與刃磨質(zhì)量。 所以，刀具材料應(yīng)具備以下性能。（1）硬度 刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。 一般在60HRC以上。（2）強(qiáng)度 主要指抗彎強(qiáng)度。

2、 刀具材料應(yīng)能承受切削力和內(nèi)應(yīng)力；不致崩刃或斷裂。（3）韌性 刀具材料應(yīng)能承受沖擊和振動(dòng)，不致因脆性而斷裂或崩刃。（4）耐磨性 它是指刀具材料抵抗磨損的能力。 它是材料硬度、強(qiáng)度和金相組織等因素的綜合反映。 一般來說，硬度較好的材料，耐磨性也較好。（5）耐熱性 它是指刀具材料在高溫下保持較高的硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性的性能。 它是衡量刀具材料切削性能的重要指標(biāo)。（6）工藝性 為了便于制造刀具，刀具材料應(yīng)具備可加工性、可刃磨性、可焊接性及可熱處理性等。2.常用刀具材料的種類和用途（1）碳素工具鋼 它用于低速、尺寸小的手動(dòng)刀具。 如絲錐、板牙、鋸條、銼刀等。（2）合金工具鋼 它用于手動(dòng)或刃形較復(fù)雜

3、的低速刀具。 如 絲錐、板牙、拉刀等。（3）高速鋼 它用于各種刃形較復(fù)雜的刀具。 如 麻花鉆、拉刀、車刀、銑刀等。（4）硬質(zhì)合金 它用于高溫、高速下切削的刀具。 如 車刀、銑刀等。 硬質(zhì)合金主要分為： 鎢鈷類（YG）、 鎢鈦鈷類（YT）兩類。硬質(zhì)合金刀具材料的切削范圍： 鎢鈷類：適用于加工鑄鐵及有色金屬材料。 鎢鈦鈷類：適用于加工鋼材。（5）人造聚晶金剛石（PCD） 它用于精加工有色金屬及非金屬的刀具。 如車刀、銑刀、鏜刀的刀片。（6）立方氮化硼（CBN） 它用于淬硬鋼、耐磨鑄鐵、高溫合金等難加工材料的半精加工和精加工，可以做成整體刀片，也可以與硬質(zhì)合金做成復(fù)合刀片。二、刀具的幾何形狀 刀具的

4、種類很多，結(jié)構(gòu)各異，但就切削部分而言，它們都可以看成是由外圓車刀演變面成的。1.刀具切削部分的組成（1）前面（A） 它是刀具上切屑滑過的表面。前面（2）主后面（A） 它是刀具上與切削表面（過渡表面）相對(duì)的表面。前面主后面（3）副后面（A） 它是刀具上與已加工表面相對(duì)的表面。前面主后面副后面（4）主切削刃（S） 它是前面與主后面相交形成的交線，它擔(dān)任主要的切削工作。前面主后面副后面主切削刃（5）副切削刃（S） 它是前面與副后面的交線形成切削刃。前面主后面副后面主切削刃副切削刃（6）刀尖 指主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分切削刃。 它往往磨成一段很小的直線或圓弧，以提高刀尖的強(qiáng)度。前面主后

5、面副后面主切削刃副切削刃刀尖2.輔助平面 為了定義刀具角度，在切削狀態(tài)下，選定切削刃上某一點(diǎn)而假定的幾個(gè)平面稱為輔助平面。 刀具的輔助平面基面正交平面主切削平面（1）基面（Pr） 它是通過切削刃選定點(diǎn)并垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面?；嬲黄矫嬷髑邢髌矫妫?）主切削平面（Ps） 它是通過主切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面?；嬲黄矫嬷髑邢髌矫妫?）正交平面（Po） 它是通過主切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和主切削平面的平面?；嬲黄矫嬷髑邢髌矫婊?、主切削平面、正交平面之間的關(guān)系 基面、 主切削平面、 正交平面 以上三個(gè)平面相互垂直，構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系。（4）假定工作平面（Pf）

6、它是通過切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面。 刀具的輔助平面基面背平面假定工作平面假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向假定主運(yùn)動(dòng)方向（5）背平面（Pn） 它是通過切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面。基面背平面假定工作平面假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向假定主運(yùn)動(dòng)方向假定工作平面、背平面、基面的關(guān)系 以上三者之間的關(guān)系： 組成空間直角坐標(biāo)系?；姹称矫婕俣üぷ髌矫婕俣ㄟM(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向假定主運(yùn)動(dòng)方向（6）副切削平面（Ps） 它是通過副切削刃選定點(diǎn)與副切削刃相切并垂直于基面的平面。PsPfPs3.刀具的幾何角度 刀具的切削性能、鋒利程度及強(qiáng)度主要是由刀具的幾何角度來決定的。 其中前角、后角、主偏角和刃傾角是主切

7、削刃上的四個(gè)最基本的角度。（1）在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度1）前角（o） 它是前面與基面間的夾角。PsPfPs前角前角的作用前角的作用： 前角的大小決定刀刃的強(qiáng)度和鋒利程度。 前角大，刃口鋒利，易切削； 但前角過大，強(qiáng)度低，散熱差，易崩刃。（1）在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度2）后角（ o）它是主后面與主切削平面間的夾角。PsPfPs前角后角后角的作用后角的作用： 后角的大小決定刀具后面與工件之間的摩擦及散熱程度。 后角過大，散熱差，刀具壽命短；后角過小，摩擦嚴(yán)重，刀口變鈍，溫度高，刀具壽命也短。 一般取o 512。（1）在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度3）楔角（ o ） 它是前面與主后面間的夾角。 PsPfPs前

8、角后角楔角在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度之間的關(guān)系 前角、后角、楔角三者之和為90。 即：o 90（ o o ） 由此可以看到三者之間是相互影響與制約的。（2）在基面內(nèi)測(cè)量的角度1）主偏角（Kr）它是主切削平面與假定工作平面間的夾角。PsPfPs主偏角主偏角的作用 主偏角的大小決定背向力與進(jìn)給力的分配比例和散熱程度。 主偏角大，背向力小，散熱差；主偏角小，進(jìn)給力小，散熱好。（2）在基面內(nèi)測(cè)量的角度2）副偏角（ Kr ） 它是副切削平面與假定工作平面間的夾角。PsPfPs主偏角副偏角副偏角的作用 副偏角的大小決定副切削刃與已加工表面之間的摩擦程度。 較小的副偏角對(duì)已加工表面有修光作用。（2）在基面內(nèi)測(cè)量

9、的角度3）刀尖角（r） 它是主切削平面與副切削平面間的夾角。PsPfPs主偏角副偏角刀尖角在基面內(nèi)測(cè)量的角度之間的關(guān)系主偏角、副偏角、刀尖角三者之和為180。即： r 180（ Kr Kr ）。（3）在主切削平面內(nèi)測(cè)量的角度刃傾角（s） 刃傾角是主切削刃與基面間的夾角。PsPfPs刃傾角刃傾角的作用 刃傾角主要影響排屑方向和刀尖強(qiáng)度。 1.刀尖位于主切削刃上最高點(diǎn)，刃傾角為正，切屑滑向待加工表面，刀尖不耐沖擊。 2.刀尖位于主切削刃上最低點(diǎn)，刃傾角為負(fù)，切屑滑向已加工表面，刀尖可受到保護(hù)。 3.主切削刃上各點(diǎn)等高時(shí)，刃傾角為零，切屑很快卷曲，刀尖抗沖擊能力較強(qiáng)。三、常用車刀的種類和用途車刀 車

10、刀是金屬切削中應(yīng)用最為廣泛的一種刀具。 車刀的用途： 用于各種車床上加工外圓、內(nèi)孔、端面、螺紋、階臺(tái)、成形面等。三、常用刀具的種類和用途車刀的分類： 車刀按用途分為外圓車刀、端面車刀、切斷刀、成形車刀、螺紋車刀等。 車刀按其結(jié)構(gòu)可分為整體車刀、焊接車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀和成形車刀等。車刀的種類45彎頭刀（左彎）外溝槽車刀75外圓車刀90外圓車刀（右偏）車刀的種類寬刃精車刀90偏刀（左偏）60外螺紋車刀切斷刀車刀的種類車刀的種類成形車刀75端面車刀45彎頭刀（右彎）車刀的種類整體刀具焊接刀具機(jī)夾刀具可轉(zhuǎn)位刀具孔加工刀具 在金屬切削過程中，孔加工的比重是很大的，廣泛需要使用各種孔加工刀具。 孔

11、加工刀具按其用途分為： 1.從實(shí)心材料上加工出孔的刀具。 如 麻花鉆、中心鉆、深孔鉆等。 2.對(duì)已有孔進(jìn)行擴(kuò)大的刀具。 如擴(kuò)孔鉆、锪鉆、鉸刀、鏜刀。從實(shí)心材料上加工出孔的刀具麻花鉆 標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆由工作部分、頸部和柄部組成。 柄部是麻花鉆的夾持部分，用來傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力。 它有圓柱直柄和莫氏錐柄兩種。 直徑小于20mm時(shí)可采用直柄，錐柄對(duì)直徑尺寸沒有具體界定，它可以傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。麻花鉆 頸部是為了磨制鉆頭時(shí)供砂輪越程用的，一般鉆頭的規(guī)格、材料及商標(biāo)也刻印在頸部。 工作部分包括：切削部分、導(dǎo)向部分。 切削部分主要是完成對(duì)工件的鉆削，導(dǎo)向部分起著引導(dǎo)鉆頭方向和對(duì)孔壁的修光作用，同時(shí)也是切削部分的后備

12、部分。鉸刀 鉸刀是一種尺寸精度較高的多刃刀具，有612條刀齒。工作部分包括： 引導(dǎo)錐、切削部分、校準(zhǔn)部分組成。鉸刀引導(dǎo)錐作用：為了便于將鉸刀引入孔中。切削部分作用：主要擔(dān)任切削工作。校準(zhǔn)部分又分為兩部分： 圓柱部分、倒錐部分。圓柱部分作用：導(dǎo)向、校準(zhǔn)、修光。倒錐部分作用：減少摩擦并防止鉸刀將孔徑擴(kuò)大。鉸刀的種類常用鉸刀的種類有以下幾種： 1.手用整體式圓柱鉸刀 2.機(jī)用整體式圓柱鉸刀 3.可調(diào)式手用鉸刀常用鉸刀的組成部分引導(dǎo)錐工作部分校準(zhǔn)部分頸部柄部切削部分手用整體式圓柱鉸刀鏜刀 鏜刀是鏜孔的專用刀具。一般按結(jié)構(gòu)的不同分為： 整體式單刃鏜刀 鏜刀頭 鏜刀塊1.整體式單刃鏜刀 整體式單刃鏜刀的刀

13、頭、刀桿、刀柄部做成一體。 其柄部有直柄和錐柄之分。直柄鏜刀整體式單刃鏜刀的應(yīng)用 在立式鏜床上，整體式單刃鏜刀與萬能刀架一起使用，用作鏜孔或車端面。 在臥式鏜床上，整體式單刃鏜刀往往安裝在平旋盤刀架拖板的刀夾上，用來鏜削直徑較大的孔、車端面、切槽。2.鏜刀頭 鏜刀頭又稱單刃鏜刀。 其結(jié)構(gòu)與車刀相似。 鏜刀頭固定于鏜桿中進(jìn)行內(nèi)孔切削，根據(jù)加工要求的不同，其固定形式也不同。通孔鏜刀通孔鏜刀通孔階臺(tái)鏜刀盲孔鏜刀鏜刀頭切削部分材料及結(jié)構(gòu)鏜刀頭切削部分的材料： 高速鋼、硬質(zhì)合金。鏜刀頭結(jié)構(gòu)： 整體式、硬質(zhì)合金鑲嵌式或機(jī)夾式。 鏜刀頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝夾方便，加工孔徑范圍大，它是鏜削加工的常用刀具。鏜刀塊 鏜刀

14、塊通常是指根據(jù)工 件孔徑預(yù)先刃磨好尺寸的刀具，它有整體式和可調(diào)式等。整體式雙刃鏜刀塊整體式雙刃鏜刀塊應(yīng)用 整體式雙刃鏜刀，其鏜孔尺寸不可調(diào)節(jié)，加工精度靠刀塊的制造、刃磨保證，適用于粗加工和半精加工?？烧{(diào)式雙刃鏜刀塊可調(diào)式雙刃鏜刀的特點(diǎn)及應(yīng)用 雙刃鏜刀調(diào)節(jié)、裝夾方便，可用于半精加工和精加工。 選用這種鏜刀塊時(shí)，要考慮刀桿直徑不宜小于35mm，以保證鏜桿和鏜刀塊有較好的強(qiáng)度和剛度。砂輪 砂輪是由細(xì)小而堅(jiān)硬的磨粒通過結(jié)合劑粘結(jié)而成，磨粒之間遍布?xì)庀丁?磨粒以其裸露在表面部分的棱角作為切削刃，結(jié)合劑將磨粒粘結(jié)在一起，經(jīng)加壓與焙燒使之具有一定形狀和強(qiáng)度。 氣隙則在磨削過程中起容納切屑、切削液和散逸磨削熱

15、的作用。砂輪的特性 砂輪具有自銳性。 砂輪的特性取決于磨料、結(jié)合劑、砂輪的組織、砂輪的硬度及砂輪的形狀等因素。 每一種砂輪根據(jù)其自身的特性，都有一定的適用范圍。故根據(jù)工件的材料、形狀、尺寸、熱處理方法和加工要求，合理選用砂輪。常用砂輪的形狀平形砂輪弧形砂輪雙斜邊砂輪單斜邊砂輪單面凹砂輪薄片砂輪筒形砂輪杯形砂輪碗形砂輪砂輪的選用砂輪磨料常用的有： 剛玉（主要成份為AI2O3呈白色）、 碳化物系（主要成份為SIC或B4C呈灰色或綠色） 剛玉系砂輪的韌性好，硬度較低，主要用于磨削各種鋼。 碳化物系砂輪的硬度較高，主要用于磨削硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、玻璃。第二節(jié) 刀具壽命及其影響因素 當(dāng)一把磨好的刀具，

16、使用一定時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)表面質(zhì)量下降、切削溫度升高、切削力增大、振動(dòng)、不正常的聲響等現(xiàn)象。 出現(xiàn)這種現(xiàn)象說明了刀具已嚴(yán)重磨損，必須重磨或更換新刀具。刀具磨損的后果 影響加工質(zhì)量、 增加刀具材料消耗、 降低生產(chǎn)率、 提高加工成本。一、刀具磨損的形式刀具磨損的原因： 在切削過程中，前面、后面經(jīng)常與切屑、工件接觸，在接觸區(qū)里會(huì)發(fā)生劇烈的摩擦；同時(shí)，伴隨著很高的溫度和壓力。對(duì)于一定的刀具材料和工件材料，切削溫度對(duì)刀具的磨損具有決定性的影響，溫度越高，刀具磨損越快。而切削速度越快，切削溫度越高。 因此，刀具的前面和后面都會(huì)產(chǎn)生磨損。1.前面磨損 前面磨損是指在離主切削刃一小段距離處形成月牙洼，故又稱月牙

17、洼磨損。KT 前刀面的月牙洼磨損程度一般以月牙洼深度KT表示。 這種磨損形式比較少見，一般是由于以較大切削速度和切削厚度加工塑性金屬所形成的帶狀切屑滑過前面所產(chǎn)生的。KT2.后面磨損 切削鑄鐵等脆性金屬或較低的切削速度和較小的切削厚度切削塑性金屬時(shí)，摩擦主要發(fā)生在工件過渡表面與刀具后面之間，刀具磨損也就主要發(fā)生在后面。KTVB 后面磨損形成后角為零的棱面，通常用棱面的平均高度VB表示后面磨損程度。 后面磨損量是不均勻的，在刀尖部分，由于強(qiáng)度和散熱條件差，磨損較嚴(yán)重。在切削刃靠近待加工表面部分，由于加工硬化或毛坯層缺陷，磨損也較嚴(yán)重。 在切削刃中部磨損比較均勻。KTVB3.前、后面磨損 在粗加工

18、或半精加工塑性金屬時(shí)，以及加工帶有硬皮的鑄鐵件時(shí)，常發(fā)生前面和后面都磨損的情況。 這種磨損形式比較常見，由于后面磨損的棱面高度便于測(cè)量，故前、后面磨損也用VB表示其磨損程度。KTVB 前面、后面、前面和后面這三種磨損是由于正常原因所引起的，稱為正常磨損。 在實(shí)際生產(chǎn)中，由于沖擊、振動(dòng)、熱效應(yīng)和過大的切削力等異常原因?qū)е碌毒叩谋廊?、卷刃或刀片碎裂等形式的損壞，稱為非正常磨損，這種磨損是隨機(jī)的，故應(yīng)及時(shí)解決處理?？偨Y(jié)：二、刀具磨損的過程 若以刀具后面磨損帶寬度VB值表示刀具的磨損程度，則VB值與切削時(shí)間T的關(guān)系如圖所示，磨損過程一般可分為三個(gè)階段：VBABCDt初期磨損正常磨損劇烈磨損刀具磨損過程

19、1.初期磨損（AB段） 這一階段磨損較快，這是因?yàn)榈毒弑砻婧颓邢魅猩系奈⑿》骞龋ㄈ心r(shí)的磨痕形成的）、刀具刃磨時(shí)產(chǎn)生的微小裂紋、氧化或脫碳層等缺陷很快被磨平，AB段曲線斜率較大，初期磨損量與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)，通常在0.050.10mm之間。 刀具經(jīng)研磨后可使初期磨損過程縮短。2.正常磨損（BC段） 經(jīng)過初期磨損，刀具后面上磨出一狹窄的棱面，增大了切削力的作用面積，磨損速度減緩，磨損進(jìn)入正常階段。 這一階段刀具磨損量隨時(shí)間延長(zhǎng)而均勻增加。 此階段是刀具工作的有效期間，在使用刀具時(shí)，不應(yīng)超過這一階段的范圍。 正常磨損階段的曲線基本上是一條向上傾斜的直線，其斜率表示磨損速度，是衡量刀具性能的重要指標(biāo)之一。3.劇烈磨損（CD段） 經(jīng)過正常磨損階段后，刀具切削刃明顯變鈍，致使切削力增大，切削溫度高，刀具進(jìn)入劇烈磨損階段。 劇烈磨損使刀具失去正常的切削能力，繼續(xù)使用將使工件表面質(zhì)量明顯下降，刀具磨損量也明顯加快。 使用刀具時(shí)，應(yīng)盡量避免使刀具的磨損進(jìn)入這一階段。三、刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 一般情況下，刀具后面都會(huì)磨損，且后面磨損量VB的測(cè)量也比較方便，因此，常根據(jù)后面磨損量來制訂刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，即用刀具后面磨損帶寬度VB的最大允許磨損尺寸作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 在不同的加工條件下，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是不同的。 如：粗車中碳鋼VB0.60.8mm 粗車合