切削刀具及其材料課件

第二節(jié)切削刀具及其材料一、切削刀具結(jié)構(gòu)由工作部分和非工作部分構(gòu)成。車刀(turningtools)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)。第二節(jié)切削刀具及其材料一、切削刀具結(jié)構(gòu)由工作部分和1（1)前刀面

切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀面

與工件正在被切削加工的表面（過渡表面）相對的刀面。（3)副后刀面與工件已切削加工的表面相對的刀面。（一）刀具切削部分的基本定義（1)前刀面切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀面2切削刀具及其材料ppt課件32.刀刃（1）主切削刃

前刀面與主后刀面在空間的交線。（2）副切削刃

前刀面與副后刀面在空間的交線。

3．刀尖三個刀面在空間的交點(diǎn)，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(shí)際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。2.刀刃（1）主切削刃前刀面與主后刀面在空間的交線。（4刀具角度是刀具設(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)。參考系：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面。參考系：刀具靜止參考系和刀具工作參考系。（二）定義刀具角度的參考系刀具角度是刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量時所使用的幾何參數(shù)，它們5刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系：在設(shè)計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。1．刀具靜止參考系在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的是正交平面參考系。刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系：在設(shè)計、制1．刀具靜止參考系62.正交平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(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。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(diǎn)，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(diǎn)，同時與基面和切削平面垂直的平面。2.正交平面參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。7切削刀具及其材料ppt課件8（三）刀具的標(biāo)注角度（1）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(jìn)給運(yùn)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(jìn)給運(yùn)動速度vf反方向之間的夾角。（三）刀具的標(biāo)注角度（1）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr9（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(biāo)注或測量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行時λs=0°；當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對基面處于主切削刃上的最高點(diǎn)時λs＞0°；反之λs≤0°。（2）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角λs10（3）正交平面中測量的刀具角度1)前角γO

前面與基面之間的夾角。2)后角αo

后面與切削平面之間的夾角。說明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運(yùn)動的影響等條件下確定的。（3）正交平面中測量的刀具角度1)前角γO前面與基面之間11切削刀具及其材料ppt課件12（四）刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。

研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設(shè)計、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。1．刀具工作參考系的建立

與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動υe或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre。

（四）刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角132．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。2．刀具工作角度的分析在車削(切斷、車螺紋、14（1）刀具安裝位置對刀具工作角度的影響（1）刀具安裝位置對刀具工作角度的影響15用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。若切削刃低于工件中心，則工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小1)刀尖安裝高低對工作前、后角的影響用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心16當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏17二、刀具角度的選擇1.前角γO

（1）功用γO

刀刃鋒利，切屑變形切削力和切削功率刀刃和刀尖強(qiáng)度，散熱體積刀具壽命二、刀具角度的選擇1.前角γO（1）功用γO18γo1Prγo2γo1Prγo219（2）選擇取決于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料強(qiáng)度、硬度較低時，應(yīng)取較大前角，反之應(yīng)取較小的前角。加工塑性材料時，應(yīng)取較大前角，加工脆性材料時，應(yīng)取較小的前角。刀具材料韌性好（高速鋼），取較大前角，反之（硬質(zhì)合金）取較小前角。粗加工時，取較小前角，精加工時，取較大前角。（2）選擇取決于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料強(qiáng)度202.后角αo

（1）功用αo

后刀面與工件的摩擦后刀面的磨損率（2）選擇取決于：加工要求、工件材料及工藝系統(tǒng)剛度。粗加工或工件材料較硬，后角取較小值；工件材料越軟、塑性越大，后角越大；工藝系統(tǒng)剛度較差時，適當(dāng)減小后角；2.后角αo（1）功用αo后刀面與工件的摩擦后刀面的磨損率213.主偏角κr

和副偏角κr′

（1）功用κr和κr′

刀刃強(qiáng)度表面粗糙度背向力Fp殘留面積高度，散熱條件刀具壽命，工件易變形3.主偏角κr和副偏角κr′（1）功用κr和κr′刀刃22kr1Kr’kr2FpFfkr1Kr’kr2FpFf23（2）選擇工藝系統(tǒng)剛性較好時，主偏角取較小值；反之取較大值。副偏角大小取決于表面粗糙度（5°?15°)，粗加工時取大值，精加工取小值。（2）選擇工藝系統(tǒng)剛性較好時，主偏角取較小值；反之取較大值。244.刃傾角λs

（1）功用（2）選擇主要影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和切屑的流動方向。加工一般鋼料和鑄鐵，無沖擊時：粗車λs

＝0°?－5°，精車λs

＝0°?+5°；有沖擊時：λs

＝－5°?－15°；特別大時：λs

＝－30°?－45°。切削加工高強(qiáng)度鋼、冷硬鋼時：λs

＝－30°?－45°。4.刃傾角λs（1）功用（2）選擇主要影響25三、切削刀具結(jié)構(gòu)（一）、車刀車刀是金屬切削加工中最簡單、使用最廣泛的刀具，它可以在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床、立式車床、自動與半自動車床上，完成工件的外圓、端面、切槽或切斷等不同的加工工序。

三、切削刀具結(jié)構(gòu)（一）、車刀車刀是金屬切削加261－45°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；10－盲孔鏜刀；11－通孔鏜刀1－45°彎頭車刀；2－90°外圓車刀；3－外螺紋車刀；4－27

2.硬質(zhì)合金焊接式車刀將硬質(zhì)合金刀片用紫銅、黃銅等焊接在開有刀槽的刀桿上。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。1.整體式式車刀切削部分與夾持部分材料相同，對貴重的刀具材料消耗較大。多用高速鋼制造。2.硬質(zhì)合金焊接式車刀將硬質(zhì)合金刀28

3.硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀桿可重復(fù)使用利用率較高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂紋。

4.機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀將壓制有一定幾何參數(shù)的多邊形刀片，用機(jī)械夾固的方法裝夾在標(biāo)準(zhǔn)的刀體上。

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(qiáng)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.硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀避免焊接29切削刀具及其材料ppt課件30四、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)?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。

刀具材料(cuttingtoolmaterials)在切削時要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊、振動，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。四、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)311.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌性（3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性（4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性（5）導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，延長刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價格低廉。1.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的322.常用刀具材料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、天然金剛石、聚晶金剛石、立方氮化硼等。

2.常用刀具材料工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼331）碳素工具鋼和合金工具鋼碳素工具鋼（carbontoolsteel）

：含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼(含碳量為0.7%～1.2%，如T10A等)，淬火后硬度較高、價廉，但耐熱性較差。合金工具鋼（alloytoolsteel）

：在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素而形成的。(如9SiCr等)，可適當(dāng)減少熱處理變形和提高耐熱性。由于這兩種刀具材料的耐熱性較低，常用來制造一些切削速度不高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀、絲錐、板牙等，較少用于制造其它刀具。1）碳素工具鋼和合金工具鋼碳素工具鋼（carbontool342）．高速鋼高速鋼（highspeedsteel）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(dá)62～66HRC,抗彎強(qiáng)度約3.3GPa，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(jìn)行切削。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、插齒刀、剃齒刀、螺紋刀具和拉刀等。2）．高速鋼高速鋼（highspeedsteel）是一種加35按用途可分為：通用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

按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。（1）高速鋼的分類36（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr4V(18-4-1)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

高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)67～70HRC，抗氧化能力、耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號有M42。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。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。（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr437硬質(zhì)合金（carbides）是由高硬度和高熔點(diǎn)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)合金刀具常溫硬度為89～93HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)800～1000°C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍。但強(qiáng)度、韌度均較高速鋼低，工藝性也不如高速鋼。常制成各種型式的刀片，焊接或機(jī)械夾固在車刀、刨刀、端銑刀等的刀柄(刀體)上使用。3）．硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金（carbides）是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物(38鎢鈷類（WC+Co）；YG,屬K類鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）；YT,屬P類鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金（WC+TiC+TaC+（NbC）+Co）

:YW，屬M(fèi)類（1）硬質(zhì)合金的分類

鎢鈷類（WC+Co）；YG,屬K類（1）硬質(zhì)合金的分類39（2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能K(YG)（鎢鈷類）類硬質(zhì)合金（紅色）：有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，適合加工短切屑的金屬或非金屬材料，如淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁合金、塑料等。其代號有K01、K10、K20、K30、K40等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。精加工可用K01；半精加工可用K10，K20；粗加工選用K30。（2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能K(YG)（鎢鈷類）類硬質(zhì)40P類（YT）（鎢鈦鈷類）硬質(zhì)合金（藍(lán)色）：

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(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。適合加工長切屑的黑色金屬，如鋼、鑄鋼等。其代號有P01、P10、P20、P30、P40、P50等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。精加工可用P01；半精加工選用P10、P20；粗加工選用P30。

P類（YT）（鎢鈦鈷類）硬質(zhì)合金（藍(lán)色）：41M類（YW）（鎢鈦鉭（鈮）類）(黃色)：在YT(P)類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，可提高抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等，既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。適合加工長(短)切屑的金屬材料，如鋼、鑄鋼、不銹鋼等難切削材料等。其代號有M10、M20、M30、M40等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。精加工可用M10；半精加工可用M20；粗加工選用M30。

M類（YW）（鎢鈦鉭（鈮）類）(黃色)：424）涂層刀具材料通過氣相沉積或其它技術(shù)方法，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(coated)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涂層硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。（2）TiN涂層在高溫時能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。4）涂層刀具材料通過氣相沉積或其它技術(shù)方法，在韌牲較好的刀具43（3）TiC—TiN復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。（4）TiC-Al203復(fù)合涂層第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。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-Ti