機械制造工程之第二章 刀具課件

2.4常用金屬切削刀具一、車刀1.硬質(zhì)合金焊接式車刀結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，抗振性能好，制造方便使用靈活。但刀片易產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋。切刀的特點是一般只有一條連續(xù)的切削刃，也稱為單齒刀具。車刀是金屬切削加工中使用最廣泛的刀具，是切刀的一種。圖2-14幾種常用的車刀1－45°彎頭車刀；2－90°外圓車刀；3－外螺紋車刀；4－75°外圓車刀；5－成形車刀；6－90°外圓車刀；7－切斷刀；8－內(nèi)圓切槽刀；9－內(nèi)螺紋車刀；

2.機夾可轉(zhuǎn)位式車刀優(yōu)點：1.不需刃磨，刀片材料能較好地保持原有力學(xué)性能、切削性能、硬度和抗彎強度。2.減少了刃磨、換刀、調(diào)刀所需的輔助時間，提高了生產(chǎn)效率。3.可使用涂層刀片，提高刀具耐用度。3.成形車刀圖2－15可轉(zhuǎn)位式車刀的組成二、孔加工刀具

1.麻花鉆主要用于孔的粗加工，IT11級以下；表面粗糙度Ra25μm~6.3μm。1）麻花鉆的構(gòu)造

2.擴孔鉆用于對已鉆孔的進一步加工，IT10~IT11級；表面粗糙度6.3

~3.2μm。（1）擴孔鉆的類型

（2）擴孔鉆與麻花鉆的比較

圖2－211）刀齒數(shù)多（3～4個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；2）刀體強度和剛性較好；因此，大大提高了切削效率和加工質(zhì)量。

3.鉸刀用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，IT6~IT8級；表面粗糙度1.6

~0.4μm。（1）鉸刀的類型

（2）鉸刀與擴孔鉆的比較

圖2－221）刀齒數(shù)多（6～12個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；2）刀體強度和剛性較好（容屑槽淺，芯部直徑大）；因此，鉸孔的加工質(zhì)量更好。圖2－22鉸刀的類型（a）直柄機用鉸刀（b）錐柄機用鉸刀c）硬質(zhì)合金錐柄機用鉸刀（d）手用鉸刀（e）可調(diào)節(jié)手用鉸刀（f）套式機用鉸刀（g）直柄莫式圓錐鉸刀（h）手用1:50錐度鉸刀三、銑刀主要用于平面、臺階、溝槽和各種成形面的加工。圖銑刀種類

3.銑削方式及合理選用銑削方式是指銑削時銑刀相對于工件的運動和位置關(guān)系。不同的銑削方式對刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、銑削過程的平穩(wěn)性及切削加工的生產(chǎn)率等都有很大的影響。（1）圓周銑削法（周銑法）

周銑法有兩種銑削方式：逆銑法和順銑法。圖2－28逆銑與順銑（a）逆銑（b）順銑銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進給方向相反。銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進給方向相同。（2）端面銑削法（端銑法）

1）對稱銑削刀齒切入工件與切出工件的切削厚度ac相同者稱為對稱銑削。2）不對稱銑削刀齒切入時的切削厚度小于或大于切出時的切削厚度者稱為不對稱銑削。圖2－29端面銑削方式四、拉

刀

1.拉刀的類型拉削加工質(zhì)量好，生產(chǎn)率高。拉刀壽命長，并且拉床結(jié)構(gòu)簡單。但拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造比較麻煩，價格較高，因而多用于大量和批量生產(chǎn)的精加工。圖拉刀的類型圖2－30圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)1－頭部；2－頸部；3－過渡圓錐；4－前導(dǎo)部5－切削部；6－校準部；7－后導(dǎo)部；8－尾部五、螺紋刀具（1）切削加工（2）滾壓加工利用滾壓的方法使金屬發(fā)生塑性變形而形成螺紋。常用的有搓絲板、磙絲輪等1)螺紋車刀2）螺紋梳刀3）絲錐4）板牙5）螺紋銑刀6）搓絲板7）滾絲輪各類螺紋刀具類型五、齒輪刀具1.齒輪刀具的類型（1）成形法齒輪刀具（2）展成法齒輪刀具圖2－32利用齒輪的嚙合原理加工齒輪。常用的展成法齒輪刀具：滾齒刀、插齒刀、剃齒刀等圖2－32成形齒輪銑刀2.插齒刀（1）插齒刀的基本工作原理

圖2－33（2）插齒刀的結(jié)構(gòu)特點

（3）插齒刀的選用

圖圖2－33插齒刀的基本工作原理2.齒輪滾刀（1）齒輪滾刀的工作原理

（2）齒輪滾刀的基本蝸桿

（3）齒輪滾刀的選用

圖2－35圖2－36圖2－35齒輪滾刀的工作原理2.4.2、刀具切削部分的基本定義（一）刀具的構(gòu)成由工作部分和非工作部分構(gòu)成。

車刀的工作部分比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。圖2－38車刀的構(gòu)成（1)前刀面Aγ

切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀面Aα

與工件正在被切削加工的表面（過渡表面）相對的刀面。（3)副后刀面A’α‘

與工件已切削加工的表面相對的刀面。2.刀刃（1）主切削刃S

前刀面與主后面在空間的交線。（2）副切削刃S‘

前刀面與副后面在空間的交線。

3．刀尖三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。在實際應(yīng)用中，為增加刀尖的強度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。刀具角度是為刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量時所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準坐標面稱為參考系;刀具的標注角度和刀具工作角度兩類。（三）刀具角度的參考系2.正交平面（主剖面）參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成(1)基面pr通過切削刃上選定點，垂直于該點豬運動方向的平面。通常平行于車刀的安裝面（底面）。(2)切削平面ps通過切削刃上選定點，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。(3)正交平面po通過切削刃上選定點，同時與基面和切削平面垂直的平面。圖2-40正交平面參考系（1）主剖面中測量的刀具角度1)前角γO

前刀面與基面之間的夾角。2)后角αo

后刀面與切削平面之間的夾角。3)楔角βo

前刀面與后刀面之間的夾角，它與前角、后角有如下的關(guān)系：βo＝90°－(γO＋αo)βo也是判斷標注是否正確的驗證式之一。（三）刀具的標注角度

圖2－43車刀的主要角度（2）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr

主切削刃在基面上的投影與進給運動速度vf

方向之間的夾角。2）副偏角κr′

副切削刃在基面上的投影與進給運動速度vf反方向之間的夾角。3）刀尖角εr

主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，εr=180°-(κr＋κr′)4）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數(shù)將改變刀尖的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑rε描述，當rε=0時為尖角過渡，rε＞0時為圓角過渡（2）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角λs主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標注或測量，但有正負之分。當主切削刃與基面平行時λs=0°；當?shù)都恻c相對基面處于主切削刃上的最高點時λs＞0°；反之λs≤0°。

3.其它刀具標注參考系（1）法剖面pn與法平面參考系

1)法平面通過切削刃上選定點并垂直于切削刃的平面2)法平面參考系pr、ps、pn組成的參考系。刀具角度標注見圖正交平面參考系與法平面參考系2．刀具工作角度的分析在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。1）橫向進給運動對工作前、后角的影響圖2－49刀尖安裝高低對工作角度的影響圖2－50車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響三、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對工件要有良好的切削性能。刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評估的三要素。2.4.5.刀具材料基本性能要求：1)高硬度和耐磨性2)足夠的強度和韌性3)高溫穩(wěn)定性4）良好的工藝性5）經(jīng)濟性工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷超硬刀具材料推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。使用最廣泛的是高速鋼和硬質(zhì)合金鋼1．高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達62～66HRC,有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。按用途可分為：普通高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:

熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為:

鎢系和鉬系。

（1）高速鋼的分類

（2）常用高速鋼的牌號與性能普通高速鋼W18Cr4V

由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用。高性能高速鋼典型牌號有M42。粉末冶金高速鋼適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達800～1000°C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高4～10倍。

2．硬質(zhì)合金常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能鎢鈷類硬質(zhì)合金代號為YG，屬K類。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)類硬質(zhì)合金，有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，適合于加工產(chǎn)生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金代號為YT，屬P類。它以WC為基體,添加TiC，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進一步提高，但抗彎強度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金代號為YW，屬M類。它在YT(P)類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，這樣可提高抗彎強度、疲勞強度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。1．涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al203及其復(fù)合材料等,涂層厚度隨刀具材料不同而異。（1）TiC涂層（2）TiN涂層4．其它刀具材料目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用TiC-TiN復(fù)合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復(fù)合涂層。（3）TiC-Al2O3涂層（4）TiC-Al2O3-TiN涂層以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。其優(yōu)點是硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴散能力強；其缺點是脆性大、抗彎強度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制；可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。（2）陶瓷刀具材料碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅硬物質(zhì)。硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)