刀具的几何参数

1.3刀具的几何参数1.3.1

刀具结构

刀具的种类生产中所使用的刀具种类很多，按加工方式和具体用途分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型；按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。1.3.1刀具结构金属切削刀具的切削部分的几何形状与参数都有着共性，即不论刀具构造如何复杂它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态。车刀由切削部分和刀柄组成。其中起切削作用的部分称切削部分，夹持部分称刀柄。1、刀柄：是刀具上的夹持部分；一般采用碳钢。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：是刀具上直接参加切削工作的部分，也称刀头。切削部分由刀面、切削刃组成，采用各种专用刀具材料，根据需要制造成不同形状。其组成要素包括：普通外圆车刀的组成部分及各部分名称（1）刀具表面前刀面：切屑流出所经过的刀具表面。主后刀面：刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，也是切削过程中与过渡表面相对的刀具表面。副后刀面：刀具上同前刀面相交形成副切削刃的表面，也是切削过程中与已加工表面相对的刀具表面。2.2切削刀具的基本定义（2）切削刃及刀尖主切削刃：刀具前刀面与主后刀面的交线。它承担着主要的切削工作，形成过渡表面。副切削刃：刀具前刀面与副后刀面的交线，辅助切除余量并形成已加工表面，主要起修光作用。刀尖：是主切削刃与副切削刃的交点。正交平面与法平面参考系1.3.2刀具的角度

为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀具放在一个确定的参考系中，用一组确定的几何参数确切表达刀具和切削刃在空间的位置，这就是刀具的几何参数（即刀具的角度）。刀具的参考系a）基面Pr：通过主切削刃选定点并垂直于该点切削速度的平面。b）切削平面Ps：通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。

c）正交平面Po：通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。Pr-Ps-Po三个面互相垂直，我们称之为正交平面参考系。1、车刀的标注角度刀具的标注角度是指刀具设计图样上标注出的角度，它是刀具制造、刃磨和测量的依据。在正交平面参考系中车刀标注的角度主要有：前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角。a）前角：在正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。当前刀面与切削平面夹角小于90°时，前角为正，大于90°时前角为负。主要影响主切削刃的锋利程度和刃口强度。前角愈大，刀具愈锋利但刀具强度愈差。车刀的主要角度

b）后角：在正交平面中测量的主后刀面与切削平面间的夹角。当后刀面与基面间的夹角小于90°时，后角为正值，大于90°时，后角为负值。主要影响刀具主后刀面与工件表面之间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利程度与刃口强度。后角愈大刀具与工件之间的磨擦愈小，但刀具强度也愈差。 c）主偏角：在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。主要影响切削刃工作长度和背向力的大小。 d）副偏角：在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。主要影响已加工表面的粗糙度。

f）刃倾角：在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。当刀尖相对车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为零度，此时切削刃在基面内。

在一般安装条件下，多数情况（如普通车削、镗孔、端铣等）一般不计算工作角度，也不考虑其影响。只有在一些特殊情况（如车螺纹或丝杠、铲削加工等角度变化值较大时）下，才需要计算工作角度。所以刀具工作参考系和工作角度的其它内容就不详述了，用到时可查阅有关资料。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响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。

2.2.3.1刀具材料应具备的性能金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度。即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。2.3刀具材料 （1）硬度高刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材料的常温硬度必须HRC62以上。 （2）足够的强度和韧性刀具切削部分的材料在切削时承受着很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。 （3）耐磨性和耐热性好刀具在切削时承受着剧烈的摩擦，因此刀具材料应具有较强的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系，其耐热性通常用它在高温下保持较高硬度的能力来衡量（热硬性）。耐热性越好，允许的切削速度越高。2.3刀具材料 （4）导热性好刀具材料的导热性用热导率[单位为]表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。 （1）具有良好的工艺性和经济性既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。种类常用牌号硬度HRC（HRA）抗弯强度（GPa）热硬性（°C）工艺性能用途碳素工具钢T8A、T10AT12A60～64（81～83）2.41～2.71200～210可冷热加工成形，刃磨性能好用于手动工具，如锉刀、锯条、錾子等合金工具钢9siCr、CiWMn60～61（81～84）2.41～2.71210～300可冷热加工成形，刃磨性能好，热处理变形小用于低速成形刀具，如丝锥、板牙、铰刀等2.3刀具材料

2.2.3.2常用刀具材料刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1.

表2-1常用刀具材料的主要性能及用途2.3刀具材料高速钢W9Mo3Cr4V、W6Mo1CrV263～69（82～87）3.43～4.41110～600可冷热加工成形，刃磨性能好，热处理变形小用于机动复杂的中速刀具，如钻头、铣刀、齿轮刀具等硬质合金（YG类）K类（YT类）P类（YW类）M类69～81（89～93）1.08～2.16800～1100粉未冶金成形，只能磨削加工不能热处理，多镶片使用，较脆用于机动简单的高速切削刀具，如车刀、刨刀、铣刀刀片陶瓷SG4、AT6（93～94）1100～2100HV0.4～1.1111200压制烧结成形，只能磨削加工，不需热处理，脆性略大于硬质合金多用于车刀，适宜精加工连续切削表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高温高压烧结成形，硬度高于陶瓷，极脆，可用金刚石砂轮磨削，不需热处理用于加工高硬度、高强度材料（特别是铁族材料）人造金刚石

10000HV0.42～1.0700～800硬度高于CBN，极脆用于有色金属的高精度、低粗糙度切削，也用于非金属精密加工，不切削铁族金属表2-1常用刀具材料的主要性能及用途表2-2几种高速钢性能的比较高速钢牌号淬、回火硬度HRC抗弯强度MPa冲击韧性MJ/m?/TD>600℃下的硬度HRC中国牌号习惯名称相似ISO牌号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刀具材料高速钢牌号淬、回火硬度HRC抗弯强度MPa冲击韧性MJ/m?/TD>600℃下的硬度HRC中国牌号习惯名称相似ISO牌号W2Mo9Cr4V2Co8

HS2-9-2-866-682700-38000.23-0.3111W7Mo4Cr4V2Co1M41HS7-4-2-166-682100-30000.23-0.3114W12Cr4VCo1

HS12-0-1-166-6830000.2114W6Mo1Cr4V2Al101钢

66-693000-41000.21-0.3011-16110W1.1Mo9.1Cr4VCo8M42

67-692610-37300.23-0.2911.2W10Mo4Cr4VAl1F6钢

68-6930100.2014.2

2.3刀具材料

2.3刀具材料 （1）高速钢高速钢是一种含钨（W）、钼（MO）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的高合金工具钢。由于合金元素与碳原子的结合力很强，使钢在110～600℃时仍能保持高硬度，从而使切削速度比碳素工具钢和合金工具钢成倍提高，故得名“高速钢”，又名“风钢”或“锋钢”。高速钢刀具制造工艺简单，容易磨出锋利的刃口，广泛用于制造切削速度较高、形状复杂的刀具，如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀及齿轮刀具等。高速钢按化学成分可分为钨系、钼系（含MO2%以上）；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。2.3刀具材料 ①普通高速钢普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有： a）W18Cr4V（简称W18）属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。 b）W6Mo1Cr4V2（简称M2）属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但其磨削性能较差，我国目前主要用于热轧刀具，如麻花钻等。 c）W9Mo3Cr4V（简称W9）是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于W18和M2之间，但抗弯强度和冲击韧度高于M2。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好，可用于制造各种刀具（如锯条、钻头、拉刀、铣刀、齿轮刀具等）。2.3刀具材料 ②

高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，用调整其基本化学成分和添加一些其它合金元素（如钒、钴、铅、硅、铌等）的办法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工材料。主要有以下几种： a）钴高速钢

钴高速钢是在高速钢中加入钴，常用牌号是W2Mo9Cr4Co8（简称M42），具有良好的综合性能，允许的切削速度较高，有一定的韧性，可磨削性好，可用于切削高温合金、不锈钢等难加工材料。2.3刀具材料 b）铝高速钢是我国独创的钢种，加入了少量的铝不但提高了钢的耐热性和耐磨性，而且还能防止含碳量高引起的强度、韧性下降。但由于含钒量较多，其磨削加工性较差，过热敏感性强，氧化脱碳倾向较大，使用时要严格掌握热处理工艺。常用牌号有W6Mo1Cr4V2Al（简称101）和W10Mo4Cr4V3Al（简称1F6）C)粉末冶金高速钢将高频感应炉熔炼的高速钢用高压惰性气体（如氩气）雾化成粉末，再经冷压和热压（同时烧结）制成刀坯或钢坯，最后经轧制或锻制成材。

有优点是韧性、硬度较高，可磨性能好，材质均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，故刀具寿命长，课切削各种难加工材料，特别适宜制造精密刀具和复杂刀具。（2）硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）作硬质相，用钴、钼或镍等作粘结相，研制成粉末，按一定比例混合，压制成型，在高温高压下烧结而成。2.3刀具材料硬质合金的常温硬度很高（89～93HRA，相当于78～82HRC）。耐熔性好，热硬性可达800～1000℃以上，允许的切削速度比高速钢提高4～7倍，刀具寿命高1～8倍，是目前切削加工中用量仅次于高速钢的主要刀具材料。但它的抗弯强度和韧性均较低，性脆，怕冲击和振动，工艺性也不如高速钢。因此，硬质合金常制成各种形状的刀片焊接或夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀体上使用。我国目前常用的硬质合金主要有以下三类：2.3刀具材料 ①钨钴类硬质合金

由WC和Co组成，代号为YG。常温硬度为89～91HRA，耐热性达800～900℃，适用于加工切屑呈崩碎状的脆性材料。常用牌号有YG3、YG6和YG8等，其中数字表示含Co的百分比，其余为含WC的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用，含Co愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，YG6适于半精加工，YG3适于精加工和连续切削。2.3刀具材料 ②钨钛钴类硬质合金

由WC、TiC和Co组成，代号为YT。此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性（900～1000℃）均比YG类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。主要适于加工切屑呈带状的钢料等韧性材料。常用牌号有YT30、YT11和YT1等，数字表示含TiC的百分比。故YT30适于对钢料的精加工和连续切削，YT11适于半精加工，YT1适于粗加工和断续切削。2.3刀具材料 ③钨钛钽（铌）钴类硬质合金又称通用合金，由WC、TiC、TaC（NbC）TCo组成，代号为YW。其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、耐热性、高温硬度和抗氧化能力都有很大提高。常用牌号有YW1和YW2，这两种硬质合金都具有YG类硬质合金的韧性，比YT类硬质合金的抗刃口剥落能力强。由于YW类硬质合金的综合性能较好，除可加工铸铁、有色金属和钢料外，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。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点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金属碳化物、氧化物或纯金属等添加剂。也是采用粉末冶金工艺方法经制粉，压制烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（91～91HRA）和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高温性能，化学稳定性好，与金属亲和力小，抗粘结和抗扩散能力好；具有较低的摩擦系数，在高速精车和精密铣削时，被加工工件可获得镜面效果。陶瓷刀具的最大缺点是脆性大，抗弯强度和冲击韧度低，承受冲击负荷的能力差。主要用于对钢料、铸铁、高硬材料（如淬火钢等）连续切削的半精加工或精加工。2.3刀具材料 ②人造金刚石人造金刚石是在高温高压和金属触媒作用的