刀具实验报告

1、刀具的材料常用的有工具钢包括：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢、硬质合金、陶瓷、 金刚石和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因耐热性很差，只宜作手工刀 具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼，由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，仅在较 小的范围内使用。目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。1.高速钢 是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。因刃磨时易获 得锋利的刃口，又称“锋钢”。根据高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性 能咼速钢。普通高速钢 普通高速钢具有一定的硬度（6267 HRC和耐磨性、较高的强度 和

2、韧性，切削钢料时切削速度一般不高于 5060m/mi n,不适合高速切削和硬材料的 切削。常用牌号有 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2高性能高速钢在普通高速钢中增加碳、钒的含量或加入一些其它合金元素而得 到耐热性、耐磨性更高的新钢种。但这类钢的综合性能不如普通高速钢。常用牌号 有 9W18Cr4V、9W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V等。2硬质合金硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物，用Co Mo Ni作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达 7882 HRC，能耐8501000C的高温， 切削速度可比高速钢高410倍。但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，因此很 少做成整体式刀

3、具。实际使用中，常 将硬质合金刀片焊接或用机械夹固的方式固定 在刀体上。我国目前生产的硬质合金主要分为三类：1） K类（YG 即钨钻类，由碳化钨 和钻组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工铸铁、青铜 等脆性材料。常用的牌号有：YG8 YG6 YG3它们制造的刀具依次适用于粗加工、 半精加工和精加工。数字表示 Co含量的百分数，YG6即含Co为6%含Co越多，则 韧性越好。2） P类（YT 即钨钻钛类，由碳化钨、碳化钛和钻组成。这类硬质合 金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于加工钢料等韧性材料。常用的 牌号有：YT5 YT15、YT30等，其中的数字表示碳化钛含量的

4、百分数，碳化钛的 含量越高，贝U耐磨性较好、韧性越低。这三种牌号的硬质合金制造的刀具分别适用 于粗加工、半精加工和精加工。3） M类（YW即钨钻钛钽铌类。由在钨钻钛类硬 质合金中加入少量的稀有金属碳化物（TaC或NbC组成。它具有前两类硬质合金的优点，用其制造的刀具既能加工脆性材 料，又能加工韧性材料。同时还能加工高温 合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用牌号有YW1 YW23其他刀具材料简介1）.涂层硬质合金 这种材料是在韧性、强度较好的硬质合金基体上或高速钢基 体上，采用化学气相沉积（CVD法或物理气相沉积（pvd法涂覆一层极薄硬质和 耐磨性极高的难熔金属化合物而得到的刀具材料。通过

5、这种方法，使刀具既具有基 体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。常用的涂层材料有TiC、TiN、AI2O3等。TiC的韧性和耐磨性好；TiN的抗氧化、抗粘结性好；AI2O3的耐热性好。使 用时可根据不同的需要选择涂层材料。2）.陶瓷 其主要成分是AI2O3,刀片硬度可 达78 HRC以上，能耐12001450C的高温，故能承受较高的切削速度。但抗弯强 度低，冲击韧性差，易崩刃。主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。3）.金刚石金刚石分人造和天然两种，做切削刀具的材料，大多数是人造金刚 石，其硬度极高，可达10000 HV （硬质合金仅为13001800 HV）0其耐磨性是硬 质合

6、金的80120倍。但刃性差，对铁族材料亲和力大。因此一般不宜加工黑色金属， 主要用于硬质合金、玻璃纤维塑料、硬橡胶、石墨、陶瓷、有色金属等材料的高速精加工。4）.氮化硼（CNB这是人工合成的超硬刀具材料，其硬度可达73009000HV 仅次于金刚石的硬度。但热稳定性好，可耐 13001500C高温，与铁族材料亲和力 小。但强度低，焊接性差。目前主要用于加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金和一些 难加工材料。刀具材料的选用应对使用性能、工艺性能、价格等因素进行综合考虑，做到合 理选用。例如，车削加工45钢自由锻齿轮毛坯时，由于工件表面不规则且有氧化皮， 切削时冲击力大，选用韧性好的 K类（钨钻类）就比

7、P类（钨钻钛类）有利。又如 车削较短钢料螺纹时，按理要用YT,但由于车刀在工件切入处要受冲击，容易蹦刃， 所以一般采用YG比较有利。虽然它的热硬性不如 YT,但工件短，散热容易，热硬 性就不是主要矛盾了。刀具材料的基本要求金属加工时，刀具受到很大切削压力、摩擦力和冲击力，产生很高的切削温度， 刀具在这种高温、高压和剧烈的摩擦环境下工作，刀具材料需满足一些基本要求。（1）高硬度 刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材 料的硬度。刀具材料最低硬度应在 60HRC以上。对于碳素工具钢材料，在室温条件 下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HR（70HRC硬质合金刀具硬度为89H

8、R 93HRC(2) 高强度与强韧性 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力，如车削 45钢，在背吃刀量ap = 4 mm,进给量f = 0.5 mm/r的条件下，刀片所承受的切削力 达到4000N,可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。(3) 较强的耐磨性和耐热性 刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具硬度 越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点(如碳化物、氮化物等)越多，颗粒越 小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要 标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料

9、高温硬度越 高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。(4) 优良导热性 刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了 刀具切削部分温度，减少刀具磨损。另外，刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗 热裂纹性能也强。(5) 良好的工艺性与经济性 刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于 制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性 变形等功能。此外，经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经 济效果，以降低生产成本。刀具的分类1加工各种外表面的刀具：包括、铣刀、外表面和等；2孔加工刀具：包括、和内表面拉刀等；3螺纹加工刀具：包括丝锥、板

10、牙、自动开合螺纹切头、等；4齿轮加工刀具：包括、和拉刀等；5切断刀具：包括镶齿圆、弓锯、切断车刀和等等。此外，还有组合刀具。按方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类：6通用刀具：如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、 成形刨刀和成形铣刀)、 镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和等；7成形刀具：这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、和各种螺纹加工刀具等；8特殊刀具：加工一些特殊工件，如：齿轮，花键等用的刀具。如、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥盘等。切削加工过程中的工件表面及刀具角度1. 切削加工过程中的工件表面 待加工表面-工件上有待切除的表面 已加工表面-

11、工件上经刀具切削后产生的表面。过渡表面-工件上由切削刃形成的那部分表面，它将在下一个行程，刀具或 工件的下一转里被切除，或者由下一个切削刃切除。前面-刀具上切屑流过的表面。它直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的刀面。主后面（同义词：主后刀面）-刀具上同前面相交形成的后面。它对着过渡表 面。副后面（同义词：副后刀面）-刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。它对 着已加工表面。主切削刃-起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在 工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。副切削刃-切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角为零的 点，但它向背离主切削刃的方向延伸。各种刀具的

12、结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分 和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分（刀齿或刀片）则镶装在刀体上。2刀具角度参考系切削平面-通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。主切削平面Ps-通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。它切于过渡表面，也就是说它是由切削速度与切削刃切线组成的平面。副切削平面-通过切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。基面Pt-通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。在刀具静止参考系 中，它是过切削刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适 合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要垂直于假定的

13、主运动方 向。假定工作平面-在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点并垂直于基面， 平行 或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般 说来其方位要平行于假定的主运动方向。法平面Pn,-通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面 。3刀具角度前角-前面与基面间的夹角。后角-后面与切削平面间的夹角。楔角-前面与后面间的夹角。主偏角主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量 副偏角-副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量 刀尖角-主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量 刃倾角 主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。因为在金属切削加工中，切削部分起主要作用，

14、所以刀具材料一般指刀具切削 部分材料。刀具材料决定了刀具的切削性能，直接影响加工效率、刀具耐用度和加 工成本，刀具材料的合理选择是切削加工工艺一项重要内容。金属切削基本理论金属切削过程是指：通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成 切屑和已加工表面的过程。在这过程中产生一系列现象，如形成切屑、切削力、切 削热与切削温度、刀具磨损等 金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：塑性 金属受压缩时，随着外力增加，金属先后产生弹性变形、塑性变性，并使金属晶格 产生滑移，而后断裂。（实质）以直角自由切削为例，如果忽略了摩擦、温度和应 变速度的影响，金属切削过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后产

15、生了塑性变性。第I变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第U变形区 与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区；第川变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区。切屑的形成过程中变形特点：切削层受刀具的作用，经过第I变形区的塑性变形 后形成了切屑切削层在法向力 Fn和摩擦力Ff组成的合力Fr作用下，使近切削刃处 的金属产生弹性变形、塑性变形，在这同时金属晶格产生滑移。（剪应力达到屈服 强度）切屑的类型，根据切削层变形特点和变形后形成切屑的外形不同， 通常将切屑分 为以下四类：1） 、带状切屑外形连续不断呈带状。切削塑性金属材料，例如碳素钢、合金钢、 铜和铝合金时常出现这类切屑。2）、节状切屑外形

16、也呈带状，但在切屑上与前刀接触的一面较光洁，其背面局 部开裂成节状。切削黄铜或低速、较大走刀切钢易得到这类切屑。3）、单元切屑切下切屑断裂成均匀的颗粒状。切削铅或用很低速度、大走刀切 削钢可得到这类切屑。4）、崩碎切屑在切削脆性金属时，例如铸铁、黄铜等材料，得到的是呈不规则 的细粒状切屑。刀具磨损的形态及原因切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损，属 正常磨损；后者包括脆性破损(如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等)和塑性破损两种，属非正常磨损刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温 度升

17、高，甚至产生振动，不能继续正常切削。刀具正常磨损的形式有以下几种：1.前刀面磨损2.后刀面磨损3.边界磨损(前、后刀面同时磨损)从对温度的依赖程度来看，刀具正常磨损的原因主要是 机械磨损和热、化学磨 损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结(刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象)、扩散(刀具与工件两摩 擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。(1) 磨粒磨损在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。磨粒磨损对高速钢 作用较明显。(2) 粘结磨损刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。粘结磨损就是由于 接触面滑动在粘结

18、处产生剪切破坏造成。低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀 具的主要磨损原因。(3) 扩散磨损切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换， 使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用，刀具容易被磨损。扩散磨损是一种化 学性质的磨损。(4) 相变磨损当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表面金相组织发生变化。如马氏体组 织转变为奥氏体，使硬度下降，磨损加剧。因此，工具钢刀具在高温时均用此类磨 损。(5) 氧化磨损氧化磨损是一种化学性质的磨损。刀具磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造成的。1) 在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。通常拉削、铰 孔和攻

19、丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。2) 在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损、使硬质合金 刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。几种常见的刀具1,车刀：车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分， 包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结 构、排屑或容储切屑的空间、的通道等结构要素。车刀的切削部分由、副切削刃、前刀面、主后刀面和副后刀面，刀尖角成。车刀的切削部分和柄部（即装夹部分）的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接-机械夹固式。机械夹固式车刀 可以避免在高温焊接时产生应力和裂纹，并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一 般是用螺钉和压板将刀片夹紧，装可转位刀片的机械夹固式车刀。刀刃用

20、钝后可以 转位继续使用，而且停车换刀时间短，因此取得了迅速发展。车刀的由主切削刃、畐削削刃、前面、后面和副后面等组成。它的几何形状由 前角y 0、后角a 0、主偏角k r、刃倾角丫 S、副偏角k惤和刀尖圆弧半径r £ 所决定。车刀几何参数的选择受多种因素影响，必须根据具体情况选取。前角丫o根据工件材料的成分和来选取，切削强度较高的材料时，应取较小的值。例如，硬 质合金车刀在切削普通碳素钢时前角取10°15° ;在切削铬锰钢或淬火钢时取-2°-10°。一般情况下后角取6°10°。主偏角k r根据工艺系统的刚性条件 而定,一般取

21、30°75° ,刚性差时取较大的值，在车阶梯轴时，由于切削方式的需 要取大于或等于90°。r £和副偏角k惤一般按加工表面粗糙度的要求而选取。丫S则根据所要求的排屑方向和刀刃强度确定。车刀前面的型式（图2）主要根据工件材料和材料的性质而定。最简单的是平面型，正前角的平面型适车刀用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀，负前角的平面型适用于加工高强度钢 和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提 高切削刃强度，适用于加工和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀，可 用带负倒棱的圆弧面型，或在平面型的前面上磨出断屑台。2, 铣

22、刀在优化铣削效果时，铣刀的刀片是另一个重要因素，在任何一次铣削时如果同 时参加切削的刀片数多于一个是优点，但同时参加切削的刀片数太多就是缺点，在 切削时每一个切削刃不可能同时切削，所要求的功率和参加切削的切削刃多少有关, 就切屑形成过程，切削刃负载以及加工结果来说，铣刀相对于工件的位置起到了重 要作用。在面铣时，用一把比切削宽度大约大 30%勺铣刀并且将铣刀位置在接近于 工件的中心，那么切屑变化不大。在切入切出的切屑厚度比在中心切削时的切削厚 度稍稍薄一些。为了确保使用足够高的平均切屑厚度/，必须正确地确定适合于该工序的铣刀刀 齿数。铣刀的齿距是有效切削刃之间的距离。可根据这个值将铣刀分为3个

23、类型一 密齿铣刀、疏齿铣刀、特密齿铣刀。和铣削的切屑厚度有关的还有面铣刀的主偏角，主偏角是刀片和工件表面之间 的夹角，主要有45度、90度角和圆形刀片，的方向变化随着主偏角的不同将发生 很大的变化：主偏角为90度的铣刀主要产生径向力，作用在进给方向，这意味着被 加工表面将不承受过多的压力，对于铣削结构较弱的工件是比较可靠。主偏角为45度的铣刀其径向切削力和轴向大致是相等的，所以产生的压力比较 均衡，对功率的要求也比较低，特别适合于铣削产生崩碎切屑的短屑材料工件。在 优化铣削效果时，铣刀的刀片是另一个重要因素，在任何一次铣削时如果同时参加 切削的刀片数多于一个是优点，但同时参加切削的刀片数太多就

24、是缺点，在切削时 每一个切削刃不可能同时切削，所要求的功率和参加切削的切削刃多少有关，就切 屑形成过程，切削刃负载以及加工结果来说，铣刀相对于工件的位置起到了重要作 用。在面铣时，用一把比切削宽度大约大30%勺铣刀并且将铣刀位置在接近于工件的中心，那么切屑变化不大。在切入切出的切屑厚度比在中心切削时的切削厚度稍 稍薄一些。为了确保使用足够高的平均切屑厚度/，必须正确地确定适合于该工序的铣刀刀 齿数。铣刀的齿距是有效切削刃之间的距离。可根据这个值将铣刀分为3个类型一一 密齿铣刀、疏齿铣刀、特密齿铣刀。和铣削的切屑厚度有关的还有面铣刀的主偏角，主偏角是刀片和工件表面之间 的夹角，主要有45度、90

25、度角和圆形刀片，的方向变化随着主偏角的不同将发生 很大的变化：主偏角为90度的铣刀主要产生径向力，作用在进给方向，这意味着被 加工表面将不承受过多的压力，对于铣削结构较弱的工件是比较可靠。主偏角为45度的铣刀其径向切削力和轴向大致是相等的， 所以产生的压力比较均衡, 对功率的要求也比较低，特别适合于铣削产生崩碎切屑的短屑材料工件。圆形刀片的铣刀意味着主偏角从 0度到90度连续变化，这主要取决于。这种刀 片切削刃强度非常高，由于沿长切削刃方向产生的切屑比较薄，所以适合大的，沿 刀片径向切削力的方向在不断改变，而且在加工过程中所产生的压力将取决于切削 深度。现代刀片几何槽形的研制使圆形刀片具有平稳的切削效应、对机床功率需求 较低、稳定性好等优点。今天，它已不再是一种有效的粗铣刀，在面铣和立铣中都 有广泛圆形刀片的铣刀意味着主偏角从 0度到90度连续变化，这主要取决于。这种刀 片切削刃强度非常高，由于沿长切削刃方向产生的切屑比较薄，所以适合大的，沿 刀片径向切削力的方向在不断改变，而且在加工过程中所产生的压力将取决于切削 深度。现代刀片几何槽形的研制使圆形刀片具有平稳的切削效应、对机床功率需求 较低、稳定性好等优点。今天，它已不再是一种有效的粗铣刀，在面铣和立铣中都 有广泛 3,