課題3 金屬切削刀具的選擇

課題3金屬切削刀具的選擇任務(wù)精車下圖外圓柱零件，材料為45鋼，中批生產(chǎn)，試完成以下任務(wù)。任務(wù)一選擇刀具材料和刀體材料任務(wù)二分析金屬切削過(guò)程中的物理現(xiàn)象及其基本規(guī)律任務(wù)三合理選擇刀具的幾何參數(shù)任務(wù)四合理選擇切削液

任務(wù)一選擇刀具材料和刀體材料1.2.1刀具材料

在金屬切削加工中，刀具切削部分起主要作用，故刀具材料一般指刀具切削部分材料。

它的性能是影響加工表面質(zhì)量、加工效率、刀具壽命和加工成本的重要因素。

刀具一般由刀體與刀頭兩部分組成。刀體用于夾持，刀頭則直接擔(dān)任切削任務(wù)，所以又把刀頭又稱為切削部分。1.刀具材料的基本要求

金屬切削過(guò)程中，刀具切削部分承受很大切削力和劇烈摩擦，并產(chǎn)生很高的切削溫度；在斷續(xù)切削工作時(shí)，刀具將受到?jīng)_擊和產(chǎn)生振動(dòng)，引起切削溫度的波動(dòng)。為此，刀具材料應(yīng)具各下列基本性能：（1）高硬度和高耐磨性

（2）足夠的強(qiáng)度與沖擊韌性（3）高耐熱性（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性（1）高速鋼

高速鋼（又稱鋒鋼，白鋼）是在合金工具鋼中加入較多的鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼。特點(diǎn)：（1）硬度較高（63～66HRC）（2）耐磨性好（3）耐熱性較好（約600～

650℃)（4）刀刃可刃磨得較鋒利（5）強(qiáng)度和韌性高（抗彎強(qiáng)度為一般硬質(zhì)合金的2～3倍）（6）能承受大的沖擊性（7）有較好的工藝性，可制作刃形復(fù)雜的刀具：鉆頭、拉刀、絲錐、成形刀具和齒輪刀具等（8）不能用于高速切削（切削鋼料時(shí)切削速度不高于40～60m/min）2.常用刀具材料鎢系高速鋼：最常用為W18Cr4V，具有較好的綜合性能，可制造各種復(fù)雜刀具和精加工刀具，在我國(guó)應(yīng)用較普遍。鉬系高速鋼：最常用為W6Mo5Cr4V2，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度都高于鎢系高速鋼，并具有較好的熱塑性和磨削性能，但熱穩(wěn)定性低于鎢系高速鋼，適合制作抵抗沖擊刀具及各種熱軋刀具。分類：

按用途不同分為高性能高速鋼：是在普通高速鋼中增加碳、釩的含量或加入鈷、鋁等其它合金元素而得到耐熱性、耐磨性更高的新鋼種，耐用度為普通高速鋼的1～3倍。

加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。普通高速鋼：不適合高速切削和硬材料的切削。類型高速鋼牌號(hào)常溫硬度(HRC)抗彎強(qiáng)度(MPa)沖擊韌性(kJ/mm2)600℃下的硬度(HRC)中國(guó)牌號(hào)習(xí)慣名稱普通高速鋼W18Cr4VT162～65343029050.5W6Mo5Cr4V2M263～663500～4000300～40047～48高性能高速鋼W6Mo5Cr4V3M365～67320025051.7W7Mo4Cr4V2Co5M4166～682500-3000230～35054W6Mo5Cr4V2Al501鋼66～693000～4100230～35055～56110W1.5Mo9.5Cr4VCo8M4267～692650～3730230～29055.2W10Mo4Cr4VAl5F6鋼68～69301020054.2表1-1常用高速鋼的牌號(hào)及其主要性能

當(dāng)高速切削時(shí)溫度升到600℃時(shí)高速鋼硬度降至50HRC以下，切削性能降低甚至無(wú)法切削工件，所以高速鋼刀具不應(yīng)高速切削工件。之所以稱其為高速鋼，其“高速”是相對(duì)于合金工具鋼刀具而得名。提示（2）硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)都很高的金屬碳化物（如碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等），用鈷Co、鉬Mo、鎳Ni作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品。主要碳化物：粘結(jié)劑：鈷Co、鉬Mo、鎳Ni

特點(diǎn)：(1)硬度高78～82HRC(2)耐磨性好(3)耐熱性好850～1000℃(4)切削速度高100～300m/min(5)抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差(6)工藝性差，較難加工不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具。在實(shí)際應(yīng)用中，一般將硬質(zhì)合金刀片焊接或機(jī)械夾固在刀體上使用。

種類：常用的硬質(zhì)合金有鎢鈷類（YG類）、鎢鈦鈷類（YT類）和通用硬質(zhì)合金（YW類）3類。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO513－1975（E））規(guī)定，將切削加工用硬質(zhì)合金分為3大類，分別用K、P、M表示。K類：適于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬及非金屬材料。相當(dāng)于我國(guó)的YG類硬質(zhì)合金，外包裝用紅色標(biāo)志。

P類：適于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬。相當(dāng)于我國(guó)的YT類硬質(zhì)合金，外包裝用藍(lán)色標(biāo)志。M類：適于加工長(zhǎng)切屑或短切屑的黑色金屬及有色金屬。相當(dāng)于我國(guó)的YW類硬質(zhì)合金，外包裝用黃色標(biāo)志。

表1-2國(guó)內(nèi)常用各類合金的牌號(hào)和性能

牌號(hào)牌號(hào)密度g/cm2硬度HRA抗彎強(qiáng)度MPa使用性能或推薦用途YG3K0515.20～15.4091.5140鑄鐵、有色金屬及其合金的精加工、半精加工，要求無(wú)沖擊YG3XK0515.20-15.4092.0130細(xì)晶粒，鑄鐵、有色金屬及其合金的精加工、半精加工YG6K2014.85-15.0590.5186鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工、粗加工YG6XK1014.85-15.0591.7180細(xì)晶粒，鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工、粗加工YG8K3014.60-14.8590.0206鑄鐵、有色金屬及其合金粗加工，可用于斷續(xù)切削YT5P3011.50-13.2090.0175碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YT14P2011.20-11.8091.0155碳素鋼、合金鋼的半精加工、粗加工，可用于斷續(xù)切削時(shí)的精加工YT15P1011.10-11.6091.5150碳素鋼、合金鋼的半精加工、粗加工，可用于斷續(xù)切削時(shí)的精加工YT30P019.30-9.7092.5127碳素鋼、合金鋼的精加工YW1M1012.85-13.4092.0138高溫合金、不銹鋼等難加工材料的精加工、半精加工YW2M2012.65-13.3591.0168高溫合金、不銹鋼等難加工材料的半精加工、粗加工表1-2國(guó)內(nèi)常用各類合金的牌號(hào)和性能

（3）陶瓷刀具

陶瓷刀具材料的主要由硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過(guò)粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。常用的陶瓷刀具有兩種：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。

陶瓷刀具優(yōu)點(diǎn)是有很高的硬度和耐磨性，硬度達(dá)91～95HRA，耐磨性是硬質(zhì)合金的5倍；刀具壽命比硬質(zhì)合金高；具有很好的熱硬性，當(dāng)切削溫度760℃時(shí)，具有87HRA（相當(dāng)于66HRC）硬度，溫度達(dá)1200℃時(shí)，仍能保持80HRA的硬度；摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金小，用該類刀具加工時(shí)能提高表面光潔度。陶瓷刀具缺點(diǎn)是強(qiáng)度和韌性差，熱導(dǎo)率低。陶瓷最大缺點(diǎn)是脆性大，抗沖擊性能很差。

此類刀具一般用于高速精細(xì)加工硬材料。

（4）立方氮化硼

立方氮化硼（簡(jiǎn)稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。

CBN刀具的主要優(yōu)點(diǎn)是硬度高（8000～9000HV），硬度僅次于金剛石，耐熱性好（耐熱溫度可達(dá)1400～1500℃），較高的導(dǎo)熱性和較小的摩擦系數(shù)。缺點(diǎn)是強(qiáng)度和韌性較差，抗彎強(qiáng)度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2。CBN刀具適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負(fù)前角的高速切削。（5）金剛石

金剛石是碳的同素異構(gòu)體，具有極高的硬度。現(xiàn)用的金剛石刀具有三類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金剛石刀具。金剛石刀具具有如下優(yōu)點(diǎn)：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達(dá)10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的60～80倍；切削刃鋒利，能實(shí)現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導(dǎo)熱性。金剛石刀具缺點(diǎn)是耐熱性差，在700～800℃以上硬度下降很大，無(wú)法切削；與鐵原子有很強(qiáng)的化學(xué)親和作用，一般不易加工鐵族金屬；強(qiáng)度低，脆性大，對(duì)振動(dòng)很敏感。此類刀具主要用于高速條件下精細(xì)加工有色金屬及其合金和非金屬材料。1.2.2金屬切削過(guò)程中的物理現(xiàn)象及其基本規(guī)律任務(wù)二分析金屬切削過(guò)程中的物理現(xiàn)象及其基本規(guī)律

金屬切削過(guò)程是指通過(guò)切削運(yùn)動(dòng)，使刀具從工件表面切除多余的金屬層，形成切屑和已加工表面的全過(guò)程。金屬切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列物理現(xiàn)象，如形成切屑、切削力、切削熱、刀具磨損等。掌握這些物理現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化規(guī)律，對(duì)于保證切削加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本和促進(jìn)切削加工技術(shù)的發(fā)展，都是有十分重要的意義。1.切削變形（1）切削變形的本質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究表明，金屬切削過(guò)程是一個(gè)類似于金屬材料受擠壓的變形過(guò)程。其本質(zhì)是切削層在受到刀具前刀面的擠壓而產(chǎn)生剪切滑移的塑性變形過(guò)程。

a）圖是普通擠壓的示意圖，試件受壓時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生剪切應(yīng)力和應(yīng)變，滑移面DA、CB與作用力F的方向大致成45°；b）圖是切削過(guò)程示意圖，與擠壓試驗(yàn)比較，差別在于工件僅切削層受擠壓，DB以下有工件母體的阻礙，所以金屬只沿DA方向滑移，這就是切削過(guò)程中的剪切面。

圖1-14擠壓與切削的比較a)擠壓；b)切削

（2）三個(gè)變形區(qū)實(shí)際切削情況還要復(fù)雜一些，這是因?yàn)榍邢鲗釉谑艿角暗睹鏀D壓而產(chǎn)生剪切（稱第一變形區(qū)）后的切削，還要沿前刀面流出，其底層將受到前刀面擠壓與摩擦，繼續(xù)變形（稱第二變形區(qū)），再者，刀具刃口并非絕對(duì)鋒利，而是存在著鈍圓半徑rB，在整個(gè)切削層的厚度中，將有很小一部分被rB擠壓下去，經(jīng)變形后，最終形成已加工表面（稱第三變形區(qū)）。圖1-15三個(gè)變形區(qū)2、積屑瘤

在一定的條件下切削鋼或其他塑性金屬材料，由于前刀面擠壓及磨擦的作用，使切屑底層中的一部分金屬停滯和堆積在切削刃口附近，形成硬塊，能代替切削刃進(jìn)行切削，這個(gè)硬塊稱為積屑瘤。積屑瘤的形成過(guò)程：

積屑瘤的形成一般可分為兩個(gè)過(guò)程：形核、核長(zhǎng)大和脫落，這個(gè)過(guò)程周期性變化。（1）積屑瘤影響

積屑瘤硬度很高，是工件材料硬度的2～3倍，能同刀具一樣對(duì)金屬進(jìn)行切削。它對(duì)金屬切削過(guò)程會(huì)產(chǎn)生如下影響。①保護(hù)刀具

②增大刀具前角③增大切削厚度

注意的是，這個(gè)厚度△hD的增加并不是固定的，因?yàn)榉e屑瘤在不停變化，它是一個(gè)產(chǎn)生，長(zhǎng)大，最后脫落的周期性變化過(guò)程，這樣可能在加工中產(chǎn)生振動(dòng)。④增大已加工表面粗糙度值

但對(duì)于硬質(zhì)合金刀具而言，因積屑瘤的形成過(guò)程是不穩(wěn)定的，積屑瘤頻繁脫落，反而使刀具磨損加劇。（2）積屑瘤控制

根據(jù)積屑瘤產(chǎn)生的原因可以知道，切屑底層與前刀面發(fā)生粘結(jié)和加工硬化是積屑瘤產(chǎn)生的必要條件。一般說(shuō)來(lái)，溫度與壓力太低，不會(huì)發(fā)生粘結(jié)；而溫度太高，也不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。因此，切削溫度是積屑瘤產(chǎn)生的決定因素。因此可以采取以下幾個(gè)方面的措施來(lái)避免積屑瘤的發(fā)生。①控制切削速度：或用低速切削，或用高速切削，使切削溫度低或高，避開(kāi)積屑瘤產(chǎn)生的溫度范圍（一般為300°～400°）。②增大前角，從而減小切屑對(duì)刀具前刀面的壓力。③適當(dāng)提高工件材料硬度，減小加工硬化傾向。④采用潤(rùn)滑性能好的切削液，減小摩擦。3、切屑的類型（1）帶狀切屑：形成帶狀切屑時(shí)，切削過(guò)程較平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，加工表面質(zhì)量高。（2）擠裂切屑：又稱節(jié)狀切屑。產(chǎn)生擠裂切屑時(shí)，切削過(guò)程不太穩(wěn)定，切削力波動(dòng)也較大，已加工表面質(zhì)量較`

低。（3）單元切屑：又稱粒狀切屑。產(chǎn)生單元切屑時(shí)，切削過(guò)程不平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較大，已加工表面質(zhì)量較差。（4）崩碎切屑：產(chǎn)生崩碎切削時(shí)，切削力波動(dòng)大，加工表面凹凸不平，刀刃容易損壞。a)帶狀切屑；b)擠裂切屑；c)單元切屑；d)崩碎切屑

4.切削力

切削時(shí)作用在刀具上的力，由以下兩方面組成：①三個(gè)變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的彈性變形抗力和塑性變形抗力；②切屑、工件與刀具間的摩擦力。1）切削力的來(lái)源及分解圖1-18作用在刀具上的力這些力的總和形成作用在刀具上的合力Fr。車外圓時(shí)，F(xiàn)r又可分解為相互垂直的Fc、Fp、Ff三個(gè)分力。圖1-19車外圓時(shí)的切削分力與合力

（1）主切削力FC

是總切削合力沿主運(yùn)動(dòng)方向上的分力，垂直于基面，與切削速度方向一致。（2)進(jìn)給力Ff

是切削合力沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力，在基面內(nèi)，與進(jìn)給方向即工件軸線方向平行，故又稱進(jìn)給抗力或軸向力。（3）背向力FP

是切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面內(nèi)，與進(jìn)給方向垂直，即通過(guò)工件直徑方向，故又稱徑向力或吃刀抗力。

2）影響切削力的因素

1）工件材料一般材料的強(qiáng)度愈高，硬度越大，材料的剪切屈服強(qiáng)度越高，切削力越大；強(qiáng)度、硬度相近的材料，塑性、韌性越大，所需的切削力也越大。2）切削用量①背吃刀量ap與進(jìn)給量fc

因?yàn)榍邢髅娣eAD＝apf，所以背吃刀量ap與進(jìn)給量f的增大都將增大切削面積。切削面積的增大將使變形力和摩擦力增大，切削力也將增大，但兩者對(duì)切削力影響不同。雖然背吃刀量與進(jìn)給量對(duì)切削力的影響都成正比關(guān)系，但由于進(jìn)給量的增大會(huì)減小切削層的變形，所以背吃刀量ap對(duì)切削力的影響比進(jìn)給量f大。在生產(chǎn)中，如機(jī)床消耗功率相等，為提高生產(chǎn)效率，一般采用提高進(jìn)給量而不是背吃刀量的措施。②切削速度υc

切削速度對(duì)切削力的影響與對(duì)變形系數(shù)的影響一樣，都有馬鞍形變化，積屑瘤產(chǎn)生階段，由于刀具實(shí)際前角增大，切削力減小，在積屑瘤消失階段，切削力逐漸增大，積屑瘤消失時(shí)，切削力Fc達(dá)到最大，以后又開(kāi)始減小，如圖1-20。圖1-20切削速度對(duì)切削力影響3）刀具幾何參數(shù)①刀具前角在刀具幾何參數(shù)中，前角γo對(duì)切削力影響最大。切削力隨著前角的增大而減小。這是因?yàn)榍敖堑脑龃?，切削變形與摩擦力減小，切削力相應(yīng)減小。②刀具主偏角κr和刀尖圓弧半徑rε

主偏角對(duì)切削力Fc的影響不大，κr＝60o～75o時(shí)，F(xiàn)c最小，因此，主偏角κr＝75o的車刀在生產(chǎn)中應(yīng)用較多；主偏角κr的變化對(duì)背向力Fp與進(jìn)給力Ff影響較大，背向力隨主偏角的增大而減小，進(jìn)給力隨主偏角的增大而增大，如右圖所示。

刀尖圓弧半徑增大，曲線上各點(diǎn)的平均κr減小，切削變形增大，切削力也增大。所以rε增大相當(dāng)于κr減小對(duì)切削力影響。4）刀具材料與切削液

刀具材料影響到它與被加工材料摩擦力的變化，因此影響切削力的變化。同樣的切削條件，陶瓷刀切削力最小，硬質(zhì)合金次之，高速鋼刀具切削力最大。切削液的正確應(yīng)用，可以可減小摩擦，減小切削力。③刀具刃傾角λs

試驗(yàn)表明，刃傾角λs的變化對(duì)切削力Fc影響不大，但對(duì)背向力FP影響較大，如右圖所示。當(dāng)刃傾角由正值向負(fù)值變化時(shí)，背向力FP逐漸增大，因此工件彎曲變形增大，機(jī)床振動(dòng)也增大。5.切削熱與切削溫度

切削熱是切削過(guò)程的重要物理現(xiàn)象之一。切削溫度能改變前刀面上的摩擦系數(shù)和工件材料的性能；并影響積屑瘤的大小、已加工表面的質(zhì)量、刀具的磨損和耐用度及生產(chǎn)率等。（1）切削熱的形成及傳散

切削熱的形成主要是由于切削功耗產(chǎn)生，而切削中的功耗主要是被切削層金屬的變形、切屑與刀具前面的摩擦和工件與刀具后面的摩擦?？梢越普J(rèn)為，切削過(guò)程中的功耗都轉(zhuǎn)化為切削熱。切削熱通過(guò)切屑、刀具、工件和周圍介質(zhì)傳散。各部分傳熱的比例取決于工件材料、切削速度、刀具材料及其幾何形狀、加工方式以及是否使用切削液等。切削速度越高，切削厚度越大，則由切削帶走的熱量越多。（２）切削溫度

切削溫度：切削過(guò)程中切削區(qū)域的溫度，一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。（3）影響切削溫度的主要因素6.刀具磨損與刀具使用壽命

刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類。前者是連續(xù)的逐漸磨損，屬正常磨損；后者包括脆性破損（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等）和塑性破損兩種，屬非正常磨損。（1）刀具正常磨損形式1）前刀面磨損2）后刀面磨損3）前、后刀面磨損，或邊界磨損

磨損形式隨切削條件改變，可以互相轉(zhuǎn)化。在大多數(shù)情況下，后刀面都有磨損，且VB直接影響加工精度，加之便于測(cè)量，所以常以VB表示刀具磨損程度。a)b)c)

圖1-24刀具正常磨損形式a)磨損形式；b)前刀面磨損；c)后刀面磨損（2）刀具正常磨損的原因

1）磨粒磨損2）粘結(jié)磨損

3）擴(kuò)散磨損4）相變磨損5）氧化磨損6）熱電磨損刀具磨損是由機(jī)械摩擦和熱效應(yīng)兩方面因素作用造成的。①在低、中速范圍內(nèi)磨粒磨損和粘結(jié)磨損是刀具磨損的主要原因。通常拉削、鉸孔和攻絲加工時(shí)的刀具磨損主要屬于這類磨損。②在中等以上切削速度加工時(shí)，熱效應(yīng)使高速鋼刀具產(chǎn)生相變磨損、使硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散和氧化磨損。（3）刀具磨損過(guò)程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

1）刀具的磨損過(guò)程①初期磨損階段（OA）此階段磨損較快。新磨好的刀具表面存在微觀粗糙度，刀刃比較鋒利，刀具與工件實(shí)際接觸面積較小，壓應(yīng)力較大，使后刀面很快出現(xiàn)磨損帶。

②正常磨損階段（AB）此階段磨損速度減慢，磨損量隨時(shí)間的增加均勻增加，切削穩(wěn)定，是刀具的有效工作階段。

③急劇磨損階段（BC）刀具經(jīng)過(guò)正常磨損階段后已經(jīng)變鈍，如繼續(xù)切削，溫度將劇增，切削力增大，刀具磨損急劇增加。一般應(yīng)在此階段之前及時(shí)換刀。刀具磨損的典型曲線2）刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定程度后，切削力、切削溫度顯著增加，加工表面變得粗糙，工件尺寸可能會(huì)超出公差范圍，切屑顏色、形狀發(fā)生明顯變化，甚至產(chǎn)生振動(dòng)或出現(xiàn)不正常的噪聲等。因此，刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。

ISO統(tǒng)一規(guī)定，以1/2背吃刀量ap處后刀面上測(cè)定的磨損帶寬度VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)(圖1-26)。圖1-26刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

（4）刀具使用壽命1）刀具耐用度的概念

所謂刀具耐用度，指的是從刀具刃磨后開(kāi)始切削，一直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)過(guò)的總切削時(shí)間。用符號(hào)T表示，單位為min。耐用度應(yīng)為切削時(shí)間，不包括對(duì)刀、測(cè)量、快進(jìn)、回程等非切削時(shí)間。

刀具耐用度大表示刀具磨損慢；刀具耐用度小表示刀具磨損快。

刀具耐用度與刀具壽命是兩個(gè)概念，刀具壽命是指一把新刀從投入使用到報(bào)廢為止總的切削時(shí)間，等于刀具耐用度乘以刃磨次數(shù)。2）影響刀具耐用度的因素

①切削用量：在保證一定刀具耐用度的條件下，為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)首先選取大的背吃刀量，然后選擇較大的進(jìn)給量，最后選擇合理的切削速度。②刀具幾何參數(shù)：刀具幾何參數(shù)對(duì)刀具耐用度影響最大的是前角γO和主偏角kr。

③工件材料：工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，產(chǎn)生的切削溫度越高，故刀具耐用度越低。此外，工件材料的塑性、韌性越高，導(dǎo)熱性越低，切削溫度越高，刀具耐用度越低。④刀具材料：刀具材料的熱硬性越高，耐磨性越好，刀具耐用度越高。

1.2.3刀具幾何參數(shù)的合理選擇

刀具幾何參數(shù)包括刀具幾何角度、刀面形式、切削刃形狀等。它們對(duì)切削時(shí)金屬的變形、切削力、切削溫度、刀具磨損、已加工表面質(zhì)量等都有明顯的影響。所謂合理幾何參數(shù)，是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠獲得最高刀具使用壽命，從而達(dá)到提高切削效率，降低生產(chǎn)成本的目的。1.前角和前刀面形狀的選擇

（1）前角的作用刀具前角是一個(gè)重要的刀具幾何參數(shù)，其主要作用有：①影響切削區(qū)域的變形程度；②影響切削刃與刀頭的強(qiáng)度、受力性質(zhì)和散熱條件；③影響切屑形態(tài)和斷屑效果；④影響已加工表面質(zhì)量。

前角主要影響切屑變形和切削力的大小以及刀具耐用度和加工表面質(zhì)量的高低。前角增大，可以使切削變形和摩擦減小，故切削力小、切削熱低，加工表面質(zhì)量高。但前角過(guò)大，刀具強(qiáng)度降低，耐用度下降。前角減小，刀具強(qiáng)度提高，切屑變形增大，易斷屑。但前角過(guò)小，會(huì)使切削力和切削熱增加，刀具耐用度也隨之降低。（2）前角的選擇原則①刀具材料：刀具材料的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度較高時(shí)應(yīng)選較大前角。如高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的前角則應(yīng)更小一些。②工件材料：塑性材料選用較大的前角；脆性材料選用較小的前角；工件的強(qiáng)度、硬度低應(yīng)選較大的前角，反之取較小前角；加工特硬材料或高強(qiáng)度鋼（如淬火鋼）應(yīng)選很小前角甚至負(fù)前角。③加工過(guò)程：粗加工、斷續(xù)切削選用較小的前角；精加工選用較大的前角。④當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差和機(jī)床功率小時(shí)選較大前角，以減小切削力和振動(dòng)；數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)線用刀具，為了保證刀具穩(wěn)定（不崩刃及破損）一般使用的刀具前角比較小或零度前角。前角的選擇原則（3）前刀面形狀前刀面形狀的合理選擇，對(duì)防止刀具崩刃、提高刀具耐用度和切削效率、降低生產(chǎn)成本都有重要意義。a)b)c)d)e)

圖1-28前刀面形狀a)正前角鋒刃平面型；b)帶倒棱的正前角平面型；c)負(fù)前角平面型；

d)曲面型；e)鈍圓切削刃型

2.后角和后刀面形狀的選擇

（1）后角的作用刀具后角也是一個(gè)重要的刀具幾何參數(shù)，其主要作用有：①影響后刀面與加工表面之間的摩擦；②影響加工工件的表面質(zhì)量；③影響刀具使用壽命和刃口的強(qiáng)度。①切削厚度試驗(yàn)表明，合理的后角值與切削厚度有密切關(guān)系。當(dāng)切削厚度hD（和進(jìn)給量f）較小時(shí)，切削刃要求鋒利，因而后角αo應(yīng)取大些。如高速鋼立銑刀，每齒進(jìn)給量很小，后角取到16o。車刀后角的變化范圍比前角小，粗車時(shí)，切削厚度hD較大，為保證切削刃強(qiáng)度，取較小后角，αo＝4o～8o；精車時(shí)，為保證加工表面質(zhì)量，αo＝8o～12o。車刀合理后角在f≤0.25㎜/r時(shí)，可選αo＝10o～12o；在f＞0.25㎜/r時(shí)，αo＝5o～8o。（2）后角選擇原則②工件材料工件材料強(qiáng)度或硬度較高時(shí)，為加強(qiáng)切削刃強(qiáng)度，一般采用較小后角。對(duì)于塑性較大材料，已加工表面易產(chǎn)生加工硬化時(shí)，為減小后刀面摩擦，宜取較大的后角。脆性材料，力集中在刀尖處，可取小的后角；特硬材料在γo為負(fù)值時(shí)，為造成較好的切入條件，應(yīng)加大后角。選擇后角的原則是，在不產(chǎn)生摩擦的條件下，應(yīng)適當(dāng)減小后角。（3）后刀面形狀①雙重后刀面②帶消振棱的后刀面③帶刃帶的后刀面（4）副后角的選擇一般刀具的副后角通常等于后角αo；但切斷刀、切槽刀、鋸片等的，因受其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度限制，只允許取小的副后角，如l～2o。

3.主、副偏角及刀尖形狀的選擇（1）主偏角的選擇1）主偏