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、自動線及數(shù)控機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、機夾刀具和復合刀具等；按是否標準化分為標準刀具和非標準刀具等。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。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確定的參考系中，用一組確定的幾何參數(shù)確切表達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并垂直于該點切削速度的平面。b）切削平面Ps：通過切削刃選定點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并同時垂直于基面和切削平面的平面。Pr-Ps-Po三個面互相垂直，我們稱之為正交平面參考系。1、車刀的標注角度刀具的標注角度是指刀具設計圖樣上標注出的角度，它是刀具制造、刃磨和測量的依據(jù)。在正交平面參考系中車刀標注的角度主要有：前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角。a）前角：在正交平面中測量的前刀面與基面之間的夾角。當前刀面與切削平面夾角小于90°時，前角為正，大于90°時前角為負。主要影響主切削刃的鋒利程度和刃口強度。前角愈大，刀具愈鋒利但刀具強度愈差。車刀的主要角度

b）后角：在正交平面中測量的主后刀面與切削平面間的夾角。當后刀面與基面間的夾角小于90°時，后角為正值，大于90°時，后角為負值。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度。后角愈大刀具與工件之間的磨擦愈小，但刀具強度也愈差。 c）主偏角：在基面中測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度。當?shù)都庀鄬嚨兜侗惭b面處于最高點時，刃傾角為正值；刀尖處于最低點時，刃傾角為負值；當切削刃平行于刀柄安裝面時，刃傾角為零度，此時切削刃在基面內(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）下，才需要計算工作角度。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，用到時可查閱有關資料。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計和選用刀具的重要內(nèi)容之一。

2.2.3.1刀具材料應具備的性能金屬切削時，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）足夠的強度和韌性刀具切削部分的材料在切削時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度和韌性。 （3）耐磨性和耐熱性好刀具在切削時承受著劇烈的摩擦，因此刀具材料應具有較強的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐熱性有著密切的關系，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）導熱性好刀具材料的導熱性用熱導率[單位為]表示。熱導率大，表示導熱性好，切削時產(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，價格低廉。種類常用牌號硬度HRC（HRA）抗彎強度（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動復雜的中速刀具，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，較脆用于機動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淬、回火硬度HRC抗彎強度MPa沖擊韌性MJ/m?/TD>600℃下的硬度HRC中國牌號習慣名稱相似ISO牌號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淬、回火硬度HRC抗彎強度MPa沖擊韌性MJ/m?/TD>600℃下的硬度HRC中國牌號習慣名稱相似ISO牌號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，使鋼在110～600℃時仍能保持高硬度，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上，用調(diào)整其基本化學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，氧化脫碳傾向較大，使用時要嚴格掌握熱處理工藝。常用牌號有W6Mo1Cr4V2Al（簡稱101）和W10Mo4Cr4V3Al（簡稱1F6）C)粉末冶金高速鋼將高頻感應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雜刀具。（2）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點的金屬碳化物（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，相當于78～82HRC）。耐熔性好，熱硬性可達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。但它的抗彎強度和韌性均較低，性脆，怕沖擊和振動，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，代號為YG。常溫硬度為89～91HRA，耐熱性達800～900℃，適用于加工切屑呈崩碎狀的脆性材料。常用牌號有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。常用牌號有YT30、YT11和YT1等，數(shù)字表示含TiC的百分比。故YT30適于對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，代號為YW。其抗彎強度、疲勞強度、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。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，化學穩(wěn)定性好，與金屬親和力小，抗粘結(jié)和抗擴散能力好；具有較低的摩擦系數(shù)，在高速精車和精密銑削時，被加工工件可獲得鏡面效果。陶瓷刀具的最大缺點是脆性大，抗彎強度和沖擊韌度低，承受沖擊負荷的能力差。主要用于對鋼料、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