刀具基本知识

1、刀具基础知识一、刀具材料1、 刀具材料的要求(1)、硬度。刀具材料的硬度应高于工件材料的硬度(2)、耐磨性(3)、足够的强度和韧性(4)、较高的耐热性。通常用红硬性来表示，指在高温下保持上述性能的能力。(5)、磨削性2、 常用刀具材料(1)、工具钢：T10A9SiGr、GCrIS主要用于制造低速刀具，目前已很少使用。(2)、高速钢高速钢是一种含鸨、铭、铝、钮等合金较多的工具钢，具红硬性较普通工具钢高，允许切削速度也要高两倍以上，因此称为高速钢。高速钢的硬度、耐磨性、红硬性虽不及硬质合金，但其制造刀具的刃口的强度和韧性较硬质合金高，能承受较大的冲击载荷。、普通高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4

2、V2硬度为HRC6265、高性能高速钢铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al硬度为HRC6869钻高速钢110W1.5Mo9.5Cr4VCo8可用于制造复杂刀具W的作用：腐口Fe、Cr一起与C形成高硬度的碳化物，可以提高纲的耐磨性Mo的作用：与W基本相同，并能减少钢的碳化物的不均匀性，细化碳化物颗粒，增加钢对机械能的吸收能力。为了增加热硬性，添加CrAl等元素为了提高耐磨性，可适当增加V量，但随着V量的增加，可磨性变得越来越差。(3)、硬质合金硬质合金是高硬度、难熔的金属碳化物(WCTiC)的粉末，用CoMqNi等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢，硬度可达HRC7481

3、允许切削温度可达8001000C,允许切削速度可比高速钢高十几倍，并能切削工具钢无法切削的难加工材料。但其抗弯强度和冲击刃性较局速钢低的多，刃口也不易磨得很锋利硬质合金的类别主要有：、YG鸟钻类硬质合金（WC-C0（K类）鸨钻类硬质合金的抗弯强度、韧性、磨削性、导热性较好，主要用于加工脆性材料（如铸铁）、有色金属及其合金YG3XYG3(K01、K05YG6(K15>K20)硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量含Co量、YT乌钛钻硬质合金WC-TiC-C。(P类)YG8(K30)硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量鸨钛钻硬质合金由于加入了碳化钛（TiC）,使其耐磨性提高但抗

4、弯强度、磨削性、导热性下降，主要用于高速切削一般钢材。YT30(P01)YT15(P10)YT14(P20)YT5(P30)含TiC量、涂层硬质合金在韧性较好的硬质合金表面上涂覆一层512m,硬度和耐磨性很高的物质，如（TiC、TiN）,使得硬质合金既有高硬度和耐磨性表面，又有坚韧的基体。涂层可提高硬质合金的耐磨性，减少工件和刀具表面的摩擦系数，减少切削力，降低切削温度，从而能提高切削速度而不降低刀具耐用度。（4）、陶瓷刀具陶瓷刀具主要用A12O3,加微量添加剂经冷压烧结而成，其硬度、耐磨性、红硬性均较硬质合金高，能在1200c高温下切削，可采用比硬质合金高几倍的切削速度，可获得较高的工件表面

5、粗糙度和尺寸稳定性，但其缺点就是抗弯强度和冲击韧性差。用于一般材料的精加工。但随着陶瓷材料制造工艺的改进，以及添加某些金属碳化物、氧化物，将有利于抗弯强度的提高，从而扩大其使用范围。(5)、PC源晶金刚石，硬度最硬，用于加工非铁族材料，可获得较高的表面粗糙度和尺寸精度。(6)、PCBN聚晶立方氮化硼，其硬度仅次于金刚石，但其热稳定性大大高于金刚石，在1400C仍然保持其硬度，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等。二、刀具的角度及其选择1、 前角丫。：前刀面与基面之间的夹角(1)、前角的功用、影响切削区域的变形程度、影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件、影响切削形

6、态和断屑效果、影响加工表面质量(2)、前角的选择原则、根据材料的强度、硬度、加工塑性材料，应取较大的前角；加工脆性材料时，可取较小的前角。、粗加工应适当减小前角、成形刀具常取较小的前角、刀具的材料抗弯强度低时，应选用较小的前角、工艺系统刚性差和机床功率不足时，应选用较小的前角。?、数控机床和自动线刀具，考虑到刀具的尺寸耐用度及工作的稳定性，而选用较小的前角。2、 后角口。：后刀面与切削平面的夹角(1)、后角的功用、减小后刀面与加工表面之间摩擦、后角越大，切削刃越锋利、增大后角可以提高刀具耐用度、增大后角将使切削刃和刀头的强度削弱，散热体积减小(2)、后角的选择、粗加工、强力切削及承受冲击载荷的

7、刀具，应取较小的后角；精加工时，增大后角可提高刀具耐用度和加工表面质量。、工件材料硬度、强度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小的后角；工件材质较软、塑性较大或易加工硬化时，应适当加大后角；加工脆性材料，宜取较小的后角；但加工特别硬而脆的材料时，在采用负前角的情况下，必须加大后角才能造成切削刃切入的条件。、工艺系统刚性差，容易出现振动时，应适当减小后角。、各种有尺寸要求的刀具，为了限制重磨后刀具尺寸的变化，宜取较小的后角。3、 楔角(3。：前刀面与后刀面之间的夹角4、 主偏角：主切削刃与进给方向在基面上投影间所夹的角度5、 副偏角：副切削刃与进给方向在基面上投影间所夹的角度(1)、主偏角和副偏角

8、的功用、影响切削加工残留面积高度，减小主偏角和副偏角可以提高加工表面粗超度。、影响切削层的形状、影响三个切削分力的大小和比例关系、主偏角和副偏角决定了刀尖角，故直接影响刀尖处的强度和散热体积。、还影响断屑效果和排屑方向(2)、主偏角的选择原则(P157)(3)、副偏角的选择原则(P158)6、 刀尖角：主切削刃和副切削刃在基面上投影间的夹角7、 刃倾角：主切削刃与基面之间的夹角，当刀尖是切削刃上最低一点时，刃倾角为负值；当刀尖是切削刃上最高一点时，刃倾角为正值(1)、刃倾角的功用(P161)(2)、刃倾角的选择8、 刀刃(P164)(1)、锋刃(2)、倒棱：其主要的作用是增强切削刃，提高刀具耐

9、用度(3)、倒圆刃(4)、刃带三、切削要素用于表示切削时各运动参数的数量1、切削速度主运动的线速度(米/分钟)工件名称钻削较削铳削链削攻丝缸体2017-2175-80608缸盖40-6045-70900130060200(600)18主轴承盖OP20的036-12056、12057整体硬质合金钻头的线速度为54米/分钟2、进给量工件或刀具旋转一周，刀具沿进给方向移动的距离3、切削深度指工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离四、切削力1、切削力的来源切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力，二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。在切削过程中，切削

10、力直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具磨损、耐用度和已加工表面质量，在生产中，切削力又是计算切削功率、设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。2、影响切削力的因素(1)、工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，切削力也就越大。(2)、切削用量的影响切削深度和进给量增加，切削力将增大。在加工塑性材料时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度提高而减小。而加工脆性材料如铸铁，切削速度对切削力没有显著影响。(3)、刀具几何参数的影响前角、刀尖圆弧半径(4)、刀具磨损的影响后刀面磨损，将增加后刀面上的摩擦力，因此，切削力也将增大。(5)、切削液的影响以冷却作用为主的水溶液对切削力的影响较小，而以润

11、滑作用为主的冷却油能显著降低切削力。(6)、刀具材料的影响不同材料的刀具与工件材料之间的摩擦系数不同，对切削力有一定影响，但不是影响切削力的主要因素。五、切削温度1、切削热的来源切削层金属发生弹性变形和塑性变形，是切削热产生的一个来源，同时，切屑与前刀面、工件与后刀面消耗的摩擦功，也转化为热能，这就是切削热产生的另一个来源。2、切削热的影响因素同切削力的影响因素。六、刀具磨损一把刀具经过一段时间的切削后，我们就会发现工件已加工表面粗糙度显著下降，工件尺寸超差，切削温度升高，有时，切屑的颜色和形状也和初始切削前不同，切削力增大，甚至出现振动和不正常的声响，同时，在工件加工表面上出现亮带等现象，这

12、些现象说明刀具已严重磨损，必须重磨或重新换刀。1、正常磨损在切削过程中，前刀面和后刀面经常与切屑、工件接触，在接触区里发生着强烈的摩擦，同时，在接触区里有很高的温度和压力，因此刀具的前刀面和后刀面都会发生磨损。2、非正常磨损在生产中，常常出现刀具不是逐渐磨损，而是突然崩刃、卷刃或刀片整个碎裂。这种刀具的先期破坏显然是不正常的，我们称之为非正常磨损。非正常磨损的原因很多，主要有：(1)、刀具材料的韧性或硬度太低；(2)、刀具的几何参数不合理，使切削刃过于脆弱或切削力过大；(3)、切削用量选得过大，以至切削力太大或切削温度太高；(4)、刀片在焊接和刃磨时，因骤冷骤热而产生太大的热应力以至出现裂纹。

13、(5)操作不当或加工情况不正常，使切削刃受到突然的冲击或热应力，以至崩刃、热裂等。当发生刀具非正常磨损时，应找出原因，及时解决。3、刀具磨损原因(1)、磨料磨损磨料磨损就是由于切屑或工件表面有一些微小的硬质点，如碳化铁、其它碳化物以及积屑瘤碎片等硬粒，在刀具上划出沟纹而造成的磨损。对于低速切削的刀具，如拉刀，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。(2)、粘结磨损粘结是摩擦副新鲜表面分子间吸附力所造成的现象。在切削温度稍高的情况下，摩擦表面上微观的高低不平的接触点会彼此粘结，而摩擦面由于有相对运动，粘结点将产生破裂而被对方带走，造成粘结磨损。(3)、扩散磨损扩散磨损是在更高温度下发生的一种现象。在摩擦副

14、中，某些化学元素在固体状态下相互扩散到对方去，改变了原有材料的结构，使刀具材料变得脆弱，加速了刀具的磨损。(4)、氧化磨损当切削温度达700800c时，空气中的氧与硬质合金中的钻以及碳化鸨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物，使得碳化物颗粒被粘走，这种磨损叫做氧化磨损(5)、热裂磨损在有周期性热应力情况下，因疲劳而产生的一种磨损，叫做热裂磨损。例如，使用硬质合金铳刀进行高速铳削时，刀齿周期性地切入和切出，由于受到周期性的冲击，应力有较大的变化，而且骤冷骤热，产生相当大的热应力。当这种热应力多次反复，使刀具表层达到热疲劳极限时，刀齿将出现裂纹。当切削温度较高时，脆性的刀具材料特别容易发生这种

15、磨损。(6)、塑性变形刀具在较高温度下工作时，不但高速钢刀具会退火卷刃，而且硬质合金刀具也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖塌陷，其结果就是使刀具角度发生变化，从而进一步加速磨损。总之，对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。4、刀具磨损过程般分为三个阶段(1)、初期磨损这一阶段磨损较快，这是因为切削刃上应力集中，后刀面上很快被磨出一个窄的面。这样就使压强减小，因而磨损速度就稳定下来。初期磨损量的大小和刀具的刃磨质量有很大的关系。(2)、正常磨损刀具磨损宽度随时间增长而均匀地增加。正常磨损阶段的曲线基本上一根向上倾斜的直线段。(3)、剧烈磨损由于刀具变钝，切削力增大，

16、温度升高，磨损原因发生了质的变化，使磨损大大加剧，磨损达到这一阶段时，刀具消耗很不经济。使用刀具时，应避免使刀具磨损进入这一阶段。七、磨钝标准1、磨钝标准确定的依据刀具磨损值的大小将直接影响切削力、切削热和切削温度的增加，并使工件的加工精度和表面粗糙度降低。一般刀具的后刀面都会磨损，而测量后刀面的磨损值比较方便，因此，一般都按照后刀面的磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准就是指后刀面磨损带中间平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸。2、我厂磨钝标准简介七、刀具耐用度1、刀具耐用度的定义刀具由开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间称为刀具耐用度。刀具耐用度大，则表示刀具磨损得慢，因此，凡

17、是影响刀具磨损的因素也必然影响刀具耐用度。2、我厂刀具的耐用度简介九、切削液1、切削液的作用(1)、切削液的冷却作用切削液的冷却作用，能够降低切削温度，从而可以提高刀具耐用度和加工质量。在刀具材料的耐热性较差、工件材料的热膨胀系数较大以及两者的导热性较差的情况下，切削液的冷却作用显得更为重要。切削液冷却性能的好坏，取决于它的导热系数、比热、汽化热、汽化速度、流量、流速等。一般地说，水溶液的冷却性能最好，油类最差，乳化液介于两者之间而接近于水。(2)、切削液的润滑作用切削液的润滑作用，只是在切屑、工件与刀具界面间存在油膜，形成流体润滑摩擦时，才能得到比较好的结果。(3)、切削液的清洗作用在金属切

18、削过程中，有时产生一些细小的切屑和磨料的细粉，为防止碎屑或磨粉粘附在工件、刀具和机床上，影响工件已加工表面质量、刀具耐用度和机床精度，要求切削液具有良好的清洗作用。清洗性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使用的压力有关。(4)、切削液的防锈作用为了使工件、机床、刀具不受周围介质的腐蚀，要求切削液具有良好的防锈作用。防锈作用的好坏，取决于切削液本身性能和加入的防锈添加剂的作用。2、切削液简介十、自动线刀具1、自动线刀具工作的特点在金属切削加工的生产自动线中，诸如自动线的生产效率、加工质量及产品成本等，在很大程度上取决于刀具的工作性能。先进的机床设备，必须要有与之相适应的刀具来配合，才能发挥它的

19、先进作用，对于生产自动线来说，更是如此。例如，自动线刀具就应该根据刀具在自动线上的工作特点和要求来进行设计和选用，否则，自动线就不能达到预期的生产效率和产品质量，也就丧失了自动线应有的先进性。(1)、由于自动线是多机床连续生产，同时工作的刀具数量众多，少者十几把，多者达几十把，所以只要其中有一把刀具的设计或选择、使用不当，造成断(卷)屑不合要求，或刀具过早损坏(磨损、崩刃、折断)，而又未能及时发现，采取措施，将会造成事故，产生大量废品，或被迫长时间停顿，甚至于损坏机床设备，破坏整条自动线的正常运行。(2)、在自动线上，有着大量的主轴、刀架及与刀具密切联系、保证刀具正常工作所必须的工具与装置，以

20、及为了实现各种运动所特有的机构等，造成刀具工作环境十分拥挤。显然，与一般单机用刀相比较，自动线刀具往往是在更为艰难的条件下工作，其断(卷)屑、排屑、调整和更换都比较困难。(3)、在自动线上，已不仅仅限于车、铳、钻、扩、链、钱及攻丝等传统工序，而且班磨、磨削、深孔加工以及大平面的拉削等工序也都逐渐被采用。这样，在同一条自动线上，刀具的数量和类型众多，材料不同，规格不一，采用的切削用量各不一样，刀具的耐用度也不一致。2、对自动线刀具的特殊要求(1)、保证刀具材料稳定的切削性能；(2)、可靠地断屑；(3)、较高的尺寸耐用度；(4)、精确而迅速地调整；(5)、快速更换；(6)、保证刀具工作稳定性所必须

21、的工作状态检测措施；(7)、尽量采用先进的高生产率刀具。3、对刀方法与装置在自动线上，同时工作的刀具数量众多，若逐一调整，势必造成自动线停顿时间太多，为避免停车时间的损失，最好将刀具尺寸在线外调整好,换刀时不需任何附加的调整，即可保证加工出合格的工件尺寸，即所谓线外对刀。自动线刀具的调整通常有三种情况，即车刀径向尺寸的调整；链刀径向尺寸的调整；棒类刀具轴向尺寸的调整。(1)、车刀的对刀、步骤：A、使车刀长度小于特定值B、车刀置于对刀器中并定好位，使车刀两个基面与相应对刀器上的两个基面紧密贴合，并使刀尖接触对刀器。C、调整定长杆，使其顶在对刀器的挡壁上，最后紧固、注意事项：A、车刀放入对刀器时应

22、轻缓，特别要防止刀尖受冲击而损坏B、在对刀过程中，为了定位准确，应用拇指压紧刀杆C、定长杆一定要紧固可靠，防止尺寸发生变化。(2)、链刀的对刀(3)、棒料刀具的对刀4、刀具的换刀(1)、更换刀片优点：A、被更换的元件小，轻便；B、刀体不换，可继续使用，减少了刀体的周转量和制造量;C、不需要额外进行调整，切削刃的正确位置由刀体刀梢的精度和刀片的精度来保证。缺点：A、为了保证互换性及调整精度，刀片的精度要求较高；B、当机床工作空间较小时，刀片的拆装和刀片支撑面的清理不太方便(2)、更换刀体优点：A、可在机床外进行预调，能够获得较高的换刀精度；B、更换简便、迅速。缺点：需增加预调工作量及预调工具。十

23、二、典型刀具介绍1、车刀(1)、硬质合金焊接式车刀(P1)(2)、机夹式车刀、机夹式重磨车刀的特点(P2)、机夹式不重磨车刀的特点(P3)A、 机夹式不重磨车刀可以避免焊接而引起的缺陷。而且由于不需重磨，还可以避免重磨对刀片所引起的缺陷。所以，在相同的切削条件下，刀具耐用度大为提高。B、 刀片上的一个切削刃用钝后，可将刀片转位换成另一个新切削刃继续切削，不会改变切削刃与工件的相对位置，从而保证加工尺寸，减少了调刀时间。C、 由于刀片不需重磨，有利于涂层、陶瓷等新型材料刀片的推广使用。DK刀杆使用寿命长，刀片和刀杆可以标准化。(3)、机夹式不重磨车刀的设计原则(P5-6)机夹不重磨式车刀的实际角

24、度，是在刀片和刀杆结合后形成的。刀杆上的刀梢几何参数一经确定，刀片安装在刀杆上的切削角度就固定下来了。因此，刀杆上刀梢的几何参数是确定车刀切削角度的关键。在设计机夹不重磨车刀时，要使车刀获得合理的切削角度，就必须根据具体的加工条件和加工要求事先选定车刀的合理几何参数，在根据刀片本身具有的几何参数计算出刀梢应具有的几何参数。这样，加工出来的刀梢的几何形状，在安装刀片后，才能获得合理的切削角度。(4)、刀垫的作用为了提高刀杆的寿命，最好在刀杆和刀片之间增加一块硬度很高的刀垫。其作用是：、刀垫作为刀片的支撑，可以吸收刀片碎裂时引起的冲击；、可以避免打刀及切屑碰撞时损坏刀杆，以延长刀杆的使用寿命;、刀

25、垫便于大量生产，容易保证刀片的定位精度，有利于互换；、有利于车刀刀梢的标准化，制造方便。2、铳刀(P51)我厂铳刀主要有端面铳刀，三面刃铳刀(如用于加工主盖定位梢及主盖分离的铳刀)和键梢铳刀(整体高速钢)。机夹式车刀刀片安装形式有以下三种：(1)三面限位式，其结构如图这种铳刀是不可调的，具压紧方式是通过螺钉压紧的，其精度由刀盘的制造精度和刀片的制造精度保证的。由于这种铳刀在更换刀片时特别方便，精度可靠，是铳刀发展的主流和方向，在我厂各生产线上广泛使用；(2)两面限位式，其结构如图这种铳刀是通过楔形压块进行压紧的，只需调整端面跳动情况就可以了，而不需要调整外圆跳动，我厂缸盖线有相当多的这种铳刀，

26、我们现在正争取将这种结构的铳刀改为三面限位式的；(3)一面限位式，结构如图这种铳刀也是通过楔形压块进行压紧的，这种铳刀既要调整其端面摆差，又要调整其外径公差及摆差，这种铳刀的调整过于麻烦，精度也难以保证，我厂生产线上极少使用。断续切削是铳刀刀齿的工作特点之一，每个刀齿在切入工件时都要发生冲击，应力有较大的变化，而且骤冷骤热，产生相当大的热应力。因此，端铳刀的工作条件较为恶劣。3、钻头(1)、钻头的几何角度(P74-75)钻头外缘表面与螺旋梢的交线为螺旋线，螺旋线与钻头轴线的夹角为螺旋角，螺旋角的大小由螺旋梢的导程和钻头直径决定。螺旋角实际上就是钻头在轴向剖面内的前角，因此，螺旋角越大，切削刃越

27、锋利，切削也越省力；而且由于螺旋梢倾斜程度大，切屑容易排出，但削弱了切削刃强度，散热条件差。标准麻花钻的螺旋角在1830之间。对某些特殊材料钻孔时，螺旋角的大小可根据加工材料确定,如钻青铜和黄铜，螺旋角取812;钻紫铜和合金取3540;钻高强度钢和铸铁取1015o(2)、钻尖的刃磨(P88)(3)、枪钻(P88-90)枪钻是一种单刃深孔钻，因最早大多用于钻枪管而得名，主要用来加工小深孔。切削液用高压(一般约为35100公斤)从钻杆和切削部分的进油孔送入切削区，以冷却和润滑刀具，并把切屑经切削部分和钻杆上的V形梢冲出。枪钻由切削部分和钻杆两部分组成，两者是焊接起来的。在保证钻杆有足够的强度和刚度

28、的条件下，钻杆的内径应尽可能取大些，以利于切削部分的冷却、润滑和排屑。钻杆的外径应稍小于钻头外径，以避免与孔壁和钻套摩擦。切削部分用整体硬质合金制成，切削部分的几何形状，直接影响枪钻的工作情况和加工质量，因为，他们决定了钻头的受力和导向、切屑的形状和排出，以及冷却和润滑的效果，从而影响孔的尺寸精度、直线度、粗糙度、以及刀具寿命和生产效率。切削部分几何形状主要指的是外角、内角、钻尖位置、切削液间隙和几何角度等。(4)、扩孔钻(P97)(5)、钢钻(P97)4、较刀(P99)(1)、钱刀的作用(2)、钱刀的几何角度5、链刀(P103)锤刀的作用6、拉刀(1)、拉刀的特点(P121)(2)、拉刀的切

29、削部分(P124-129)(3)、拉刀的校准齿7、螺纹刀具(1)、丝锥(P157)、丝锥的结构与角度、容屑梢(2)、板牙十三、磨具1、磨料(P184)(1)、氧化物系，主要成分是A12O3,由于纯度的不同和加入不同的金属元素，可分为不同的品种。(2)、碳化物系，主要以碳化硅、碳化硼为基体，因纯度的不同分为不同的品种。(3)、高硬度磨料，主要是人造金刚石和立方氮化硼2、粒度粒度表示磨粒大小的程度。用磨粒刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨粒的粒度。磨料粒度对磨削生产率和加工表面粗糙度有很大的影响，一般来说，粗磨用粗粒度，精磨用精粒度。3、结合剂结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。常用结合剂有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、金属结合剂。4、硬度砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。5、砂轮的平衡由于几何形状的不对称，外圆与内孔的不同心，砂轮各部分松紧程度的不一致，以及安装时偏心等原因，砂轮重心往往不在旋转中心上，导致产生不平衡现象。不平衡砂轮易使砂轮主轴产生振动