刀具的幾何參數(shù)

1.3刀具的幾何參數(shù)1.3.1

刀具結(jié)構(gòu)

刀具的種類生產(chǎn)中所使用的刀具種類很多，按加工方式和具體用途分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型；按所用材料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等；按結(jié)構(gòu)分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等；按是否標(biāo)準(zhǔn)化分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。1.3.1刀具結(jié)構(gòu)金屬切削刀具的切削部分的幾何形狀與參數(shù)都有著共性，即不論刀具構(gòu)造如何復(fù)雜它們的切削部分總是近似地以外圓車刀的切削部分為基本形態(tài)。車刀由切削部分和刀柄組成。其中起切削作用的部分稱切削部分，夾持部分稱刀柄。1、刀柄：是刀具上的夾持部分；一般采用碳鋼。刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖2、切削部分：是刀具上直接參加切削工作的部分，也稱刀頭。切削部分由刀面、切削刃組成，采用各種專用刀具材料，根據(jù)需要制造成不同形狀。其組成要素包括：普通外圓車刀的組成部分及各部分名稱（1）刀具表面前刀面：切屑流出所經(jīng)過的刀具表面。主后刀面：刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，也是切削過程中與過渡表面相對(duì)的刀具表面。副后刀面：刀具上同前刀面相交形成副切削刃的表面，也是切削過程中與已加工表面相對(duì)的刀具表面。2.2切削刀具的基本定義（2）切削刃及刀尖主切削刃：刀具前刀面與主后刀面的交線。它承擔(dān)著主要的切削工作，形成過渡表面。副切削刃：刀具前刀面與副后刀面的交線，輔助切除余量并形成已加工表面，主要起修光作用。刀尖：是主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)。正交平面與法平面參考系1.3.2刀具的角度

為定量地表示刀具切削部分的幾何形狀，必須把刀具放在一個(gè)確定的參考系中，用一組確定的幾何參數(shù)確切表達(dá)刀具和切削刃在空間的位置，這就是刀具的幾何參數(shù)（即刀具的角度）。刀具的參考系a）基面Pr：通過主切削刃選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)切削速度的平面。b）切削平面Ps：通過切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直于基面的平面。

c）正交平面Po：通過主切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。Pr-Ps-Po三個(gè)面互相垂直，我們稱之為正交平面參考系。1、車刀的標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度是指刀具設(shè)計(jì)圖樣上標(biāo)注出的角度，它是刀具制造、刃磨和測(cè)量的依據(jù)。在正交平面參考系中車刀標(biāo)注的角度主要有：前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角。a）前角：在正交平面中測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角。當(dāng)前刀面與切削平面夾角小于90°時(shí)，前角為正，大于90°時(shí)前角為負(fù)。主要影響主切削刃的鋒利程度和刃口強(qiáng)度。前角愈大，刀具愈鋒利但刀具強(qiáng)度愈差。車刀的主要角度

b）后角：在正交平面中測(cè)量的主后刀面與切削平面間的夾角。當(dāng)后刀面與基面間的夾角小于90°時(shí)，后角為正值，大于90°時(shí)，后角為負(fù)值。主要影響刀具主后刀面與工件表面之間的摩擦，并配合前角改變切削刃的鋒利程度與刃口強(qiáng)度。后角愈大刀具與工件之間的磨擦愈小，但刀具強(qiáng)度也愈差。 c）主偏角：在基面中測(cè)量的主切削平面與假定工作平面間的夾角。主要影響切削刃工作長度和背向力的大小。 d）副偏角：在基面中測(cè)量的副切削平面與假定工作平面間的夾角。主要影響已加工表面的粗糙度。

f）刃傾角：在切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角。刃傾角主要影響切屑流向及刀尖強(qiáng)度。當(dāng)?shù)都庀鄬?duì)車刀刀柄安裝面處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正值；刀尖處于最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)值；當(dāng)切削刃平行于刀柄安裝面時(shí)，刃傾角為零度，此時(shí)切削刃在基面內(nèi)。

在一般安裝條件下，多數(shù)情況（如普通車削、鏜孔、端銑等）一般不計(jì)算工作角度，也不考慮其影響。只有在一些特殊情況（如車螺紋或絲杠、鏟削加工等角度變化值較大時(shí)）下，才需要計(jì)算工作角度。所以刀具工作參考系和工作角度的其它內(nèi)容就不詳述了，用到時(shí)可查閱有關(guān)資料。2.3刀具材料

2.2.3刀具材料刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)效率、工件的加工精度、已加工表面質(zhì)量和加工成本等，所以正確選擇刀具材料是設(shè)計(jì)和選用刀具的重要內(nèi)容之一。

2.2.3.1刀具材料應(yīng)具備的性能金屬切削時(shí)，刀具切削部分直接和工件及切屑相接觸，承受著很大的切削壓力和沖擊，并受到工件及切屑的劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的切削溫度。即刀具切削部分是在高溫、高壓及劇烈摩擦的惡劣條件下工作的。因此，刀具切削部分材料應(yīng)具備以下基本性能。2.3刀具材料 （1）硬度高刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材料的常溫硬度必須HRC62以上。 （2）足夠的強(qiáng)度和韌性刀具切削部分的材料在切削時(shí)承受著很大的切削力和沖擊力，因此刀具材料必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性。 （3）耐磨性和耐熱性好刀具在切削時(shí)承受著劇烈的摩擦，因此刀具材料應(yīng)具有較強(qiáng)的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐熱性有著密切的關(guān)系，其耐熱性通常用它在高溫下保持較高硬度的能力來衡量（熱硬性）。耐熱性越好，允許的切削速度越高。2.3刀具材料 （4）導(dǎo)熱性好刀具材料的導(dǎo)熱性用熱導(dǎo)率[單位為]表示。熱導(dǎo)率大，表示導(dǎo)熱性好，切削時(shí)產(chǎn)生的熱量就容易傳散出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損。 （1）具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、熱處理性能、焊接性能等要好，且又要資源豐富，價(jià)格低廉。種類常用牌號(hào)硬度HRC（HRA）抗彎強(qiáng)度（GPa）熱硬性（°C）工藝性能用途碳素工具鋼T8A、T10AT12A60～64（81～83）2.41～2.71200～210可冷熱加工成形，刃磨性能好用于手動(dòng)工具，如銼刀、鋸條、鏨子等合金工具鋼9siCr、CiWMn60～61（81～84）2.41～2.71210～300可冷熱加工成形，刃磨性能好，熱處理變形小用于低速成形刀具，如絲錐、板牙、鉸刀等2.3刀具材料

2.2.3.2常用刀具材料刀具材料可分為工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料等五大類。常用刀具材料的主要性能及用途見表2-1.

表2-1常用刀具材料的主要性能及用途2.3刀具材料高速鋼W9Mo3Cr4V、W6Mo1CrV263～69（82～87）3.43～4.41110～600可冷熱加工成形，刃磨性能好，熱處理變形小用于機(jī)動(dòng)復(fù)雜的中速刀具，如鉆頭、銑刀、齒輪刀具等硬質(zhì)合金（YG類）K類（YT類）P類（YW類）M類69～81（89～93）1.08～2.16800～1100粉未冶金成形，只能磨削加工不能熱處理，多鑲片使用，較脆用于機(jī)動(dòng)簡單的高速切削刀具，如車刀、刨刀、銑刀刀片陶瓷SG4、AT6（93～94）1100～2100HV0.4～1.1111200壓制燒結(jié)成形，只能磨削加工，不需熱處理，脆性略大于硬質(zhì)合金多用于車刀，適宜精加工連續(xù)切削表2-1常用刀具材料的主要性能及用途2.3刀具材料立方碳化硼（CBN）FD、LBN-Y7300～7400HV0.17～0.811200～1100高溫高壓燒結(jié)成形，硬度高于陶瓷，極脆，可用金剛石砂輪磨削，不需熱處理用于加工高硬度、高強(qiáng)度材料（特別是鐵族材料）人造金剛石

10000HV0.42～1.0700～800硬度高于CBN，極脆用于有色金屬的高精度、低粗糙度切削，也用于非金屬精密加工，不切削鐵族金屬表2-1常用刀具材料的主要性能及用途表2-2幾種高速鋼性能的比較高速鋼牌號(hào)淬、回火硬度HRC抗彎強(qiáng)度MPa沖擊韌性MJ/m?/TD>600℃下的硬度HRC中國牌號(hào)習(xí)慣名稱相似ISO牌號(hào)W18Cr4VT1HS18-0-162-6134300.2910.1W6Mo1Cr4V2M2HS6-1-263-663100-40000.30-0.4047-48W9Mo3Cr4V

64-664000-41000.31-0.40

W6Mo1Cr4V3M3HS6-1-361-6732000.2111.7W6Mo1Cr4V2Co1

HS6-1-2-161-6630000.3014W10Mo4Cr4V3Co10

HS10-4-3-1067-692310

11.12.3刀具材料高速鋼牌號(hào)淬、回火硬度HRC抗彎強(qiáng)度MPa沖擊韌性MJ/m?/TD>600℃下的硬度HRC中國牌號(hào)習(xí)慣名稱相似ISO牌號(hào)W2Mo9Cr4V2Co8

HS2-9-2-866-682700-38000.23-0.3111W7Mo4Cr4V2Co1M41HS7-4-2-166-682100-30000.23-0.3114W12Cr4VCo1

HS12-0-1-166-6830000.2114W6Mo1Cr4V2Al101鋼

66-693000-41000.21-0.3011-16110W1.1Mo9.1Cr4VCo8M42

67-692610-37300.23-0.2911.2W10Mo4Cr4VAl1F6鋼

68-6930100.2014.2

2.3刀具材料

2.3刀具材料 （1）高速鋼高速鋼是一種含鎢（W）、鉬（MO）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素較多的高合金工具鋼。由于合金元素與碳原子的結(jié)合力很強(qiáng)，使鋼在110～600℃時(shí)仍能保持高硬度，從而使切削速度比碳素工具鋼和合金工具鋼成倍提高，故得名“高速鋼”，又名“風(fēng)鋼”或“鋒鋼”。高速鋼刀具制造工藝簡單，容易磨出鋒利的刃口，廣泛用于制造切削速度較高、形狀復(fù)雜的刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀及齒輪刀具等。高速鋼按化學(xué)成分可分為鎢系、鉬系（含MO2%以上）；按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。2.3刀具材料 ①普通高速鋼普通高速鋼指用來加工一般工程材料的高速鋼，常用的牌號(hào)有： a）W18Cr4V（簡稱W18）屬鎢系高速鋼，具有較好的切削性能，是我國最常用的一種高速鋼。 b）W6Mo1Cr4V2（簡稱M2）屬鉬系高速鋼，碳化物分布均勻性、韌性和高溫塑性均超過W18Cr4V，但其磨削性能較差，我國目前主要用于熱軋刀具，如麻花鉆等。 c）W9Mo3Cr4V（簡稱W9）是一種含鎢量較多，含鉬量較少的鎢鉬系高速鋼。其碳化物不均勻性介于W18和M2之間，但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度高于M2。具有較好的硬度和韌性，其熱塑性也很好，可用于制造各種刀具（如鋸條、鉆頭、拉刀、銑刀、齒輪刀具等）。2.3刀具材料 ②

高性能高速鋼高性能高速鋼是在普通高速鋼的基礎(chǔ)上，用調(diào)整其基本化學(xué)成分和添加一些其它合金元素（如釩、鈷、鉛、硅、鈮等）的辦法，著重提高其耐熱性和耐磨性而衍生出來的。它主要用來加工不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金和超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。主要有以下幾種： a）鈷高速鋼

鈷高速鋼是在高速鋼中加入鈷，常用牌號(hào)是W2Mo9Cr4Co8（簡稱M42），具有良好的綜合性能，允許的切削速度較高，有一定的韌性，可磨削性好，可用于切削高溫合金、不銹鋼等難加工材料。2.3刀具材料 b）鋁高速鋼是我國獨(dú)創(chuàng)的鋼種，加入了少量的鋁不但提高了鋼的耐熱性和耐磨性，而且還能防止含碳量高引起的強(qiáng)度、韌性下降。但由于含釩量較多，其磨削加工性較差，過熱敏感性強(qiáng)，氧化脫碳傾向較大，使用時(shí)要嚴(yán)格掌握熱處理工藝。常用牌號(hào)有W6Mo1Cr4V2Al（簡稱101）和W10Mo4Cr4V3Al（簡稱1F6）C)粉末冶金高速鋼將高頻感應(yīng)爐熔煉的高速鋼用高壓惰性氣體（如氬氣）霧化成粉末，再經(jīng)冷壓和熱壓（同時(shí)燒結(jié)）制成刀坯或鋼坯，最后經(jīng)軋制或鍛制成材。

有優(yōu)點(diǎn)是韌性、硬度較高，可磨性能好，材質(zhì)均勻，熱處理變形小，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，故刀具壽命長，課切削各種難加工材料，特別適宜制造精密刀具和復(fù)雜刀具。（2）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）作硬質(zhì)相，用鈷、鉬或鎳等作粘結(jié)相，研制成粉末，按一定比例混合，壓制成型，在高溫高壓下燒結(jié)而成。2.3刀具材料硬質(zhì)合金的常溫硬度很高（89～93HRA，相當(dāng)于78～82HRC）。耐熔性好，熱硬性可達(dá)800～1000℃以上，允許的切削速度比高速鋼提高4～7倍，刀具壽命高1～8倍，是目前切削加工中用量僅次于高速鋼的主要刀具材料。但它的抗彎強(qiáng)度和韌性均較低，性脆，怕沖擊和振動(dòng)，工藝性也不如高速鋼。因此，硬質(zhì)合金常制成各種形狀的刀片焊接或夾固在車刀、刨刀、端銑刀等的刀體上使用。我國目前常用的硬質(zhì)合金主要有以下三類：2.3刀具材料 ①鎢鈷類硬質(zhì)合金

由WC和Co組成，代號(hào)為YG。常溫硬度為89～91HRA，耐熱性達(dá)800～900℃，適用于加工切屑呈崩碎狀的脆性材料。常用牌號(hào)有YG3、YG6和YG8等，其中數(shù)字表示含Co的百分比，其余為含WC的百分比。鈷在硬質(zhì)合金中起粘結(jié)作用，含Co愈多的硬質(zhì)合金韌性愈好，所以YG8適于粗加工和斷續(xù)切削，YG6適于半精加工，YG3適于精加工和連續(xù)切削。2.3刀具材料 ②鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金

由WC、TiC和Co組成，代號(hào)為YT。此類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性（900～1000℃）均比YG類合金高，但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度降低。主要適于加工切屑呈帶狀的鋼料等韌性材料。常用牌號(hào)有YT30、YT11和YT1等，數(shù)字表示含TiC的百分比。故YT30適于對(duì)鋼料的精加工和連續(xù)切削，YT11適于半精加工，YT1適于粗加工和斷續(xù)切削。2.3刀具材料 ③鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金又稱通用合金，由WC、TiC、TaC（NbC）TCo組成，代號(hào)為YW。其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、耐熱性、高溫硬度和抗氧化能力都有很大提高。常用牌號(hào)有YW1和YW2，這兩種硬質(zhì)合金都具有YG類硬質(zhì)合金的韌性，比YT類硬質(zhì)合金的抗刃口剝落能力強(qiáng)。由于YW類硬質(zhì)合金的綜合性能較好，除可加工鑄鐵、有色金屬和鋼料外，主要用于加工耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。2.3刀具材料（3）其它刀具材料 ①陶瓷材料陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金屬碳化物、氧化物或純金屬等添加劑。也是采用粉末冶金工藝方法經(jīng)制粉，壓制燒結(jié)而成。陶瓷刀具有很高的硬度（91～91HRA）和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，與金屬親和力小，抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力好；具有較低的摩擦系數(shù)，在高速精車和精密銑削時(shí)，被加工工件可獲得鏡面效果。陶瓷刀具的最大缺點(diǎn)是脆性大，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度低，承受沖擊負(fù)荷的能力差。主要用于對(duì)鋼料、鑄鐵、高硬材料（如淬火鋼等）連續(xù)切削的半精加工或精加工。2.3刀具材料 ②人造金剛石人造金剛石是在高溫高壓和金屬觸媒作用的