机械制造工程之第二章 刀具课件

2.4常用金属切削刀具一、车刀1.硬质合金焊接式车刀结构简单、紧凑，抗振性能好，制造方便使用灵活。但刀片易产生应力和裂纹。切刀的特点是一般只有一条连续的切削刃，也称为单齿刀具。车刀是金属切削加工中使用最广泛的刀具，是切刀的一种。图2-14几种常用的车刀1－45°弯头车刀；2－90°外圆车刀；3－外螺纹车刀；4－75°外圆车刀；5－成形车刀；6－90°外圆车刀；7－切断刀；8－内圆切槽刀；9－内螺纹车刀；

2.机夹可转位式车刀优点：1.不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、硬度和抗弯强度。2.减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。3.可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。3.成形车刀图2－15可转位式车刀的组成二、孔加工刀具

1.麻花钻主要用于孔的粗加工，IT11级以下；表面粗糙度Ra25μm~6.3μm。1）麻花钻的构造

2.扩孔钻用于对已钻孔的进一步加工，IT10~IT11级；表面粗糙度6.3

~3.2μm。（1）扩孔钻的类型

（2）扩孔钻与麻花钻的比较

图2－211）刀齿数多（3～4个），故导向性好，切削平稳；2）刀体强度和刚性较好；因此，大大提高了切削效率和加工质量。

3.铰刀用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，IT6~IT8级；表面粗糙度1.6

~0.4μm。（1）铰刀的类型

（2）铰刀与扩孔钻的比较

图2－221）刀齿数多（6～12个），故导向性好，切削平稳；2）刀体强度和刚性较好（容屑槽浅，芯部直径大）；因此，铰孔的加工质量更好。图2－22铰刀的类型（a）直柄机用铰刀（b）锥柄机用铰刀c）硬质合金锥柄机用铰刀（d）手用铰刀（e）可调节手用铰刀（f）套式机用铰刀（g）直柄莫式圆锥铰刀（h）手用1:50锥度铰刀三、铣刀主要用于平面、台阶、沟槽和各种成形面的加工。图铣刀种类

3.铣削方式及合理选用铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系。不同的铣削方式对刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大的影响。（1）圆周铣削法（周铣法）

周铣法有两种铣削方式：逆铣法和顺铣法。图2－28逆铣与顺铣（a）逆铣（b）顺铣铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反。铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相同。（2）端面铣削法（端铣法）

1）对称铣削刀齿切入工件与切出工件的切削厚度ac相同者称为对称铣削。2）不对称铣削刀齿切入时的切削厚度小于或大于切出时的切削厚度者称为不对称铣削。图2－29端面铣削方式四、拉

刀

1.拉刀的类型拉削加工质量好，生产率高。拉刀寿命长，并且拉床结构简单。但拉刀结构复杂，制造比较麻烦，价格较高，因而多用于大量和批量生产的精加工。图拉刀的类型图2－30圆孔拉刀的结构1－头部；2－颈部；3－过渡圆锥；4－前导部5－切削部；6－校准部；7－后导部；8－尾部五、螺纹刀具（1）切削加工（2）滚压加工利用滚压的方法使金属发生塑性变形而形成螺纹。常用的有搓丝板、磙丝轮等1)螺纹车刀2）螺纹梳刀3）丝锥4）板牙5）螺纹铣刀6）搓丝板7）滚丝轮各类螺纹刀具类型五、齿轮刀具1.齿轮刀具的类型（1）成形法齿轮刀具（2）展成法齿轮刀具图2－32利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等图2－32成形齿轮铣刀2.插齿刀（1）插齿刀的基本工作原理

图2－33（2）插齿刀的结构特点

（3）插齿刀的选用

图图2－33插齿刀的基本工作原理2.齿轮滚刀（1）齿轮滚刀的工作原理

（2）齿轮滚刀的基本蜗杆

（3）齿轮滚刀的选用

图2－35图2－36图2－35齿轮滚刀的工作原理2.4.2、刀具切削部分的基本定义（一）刀具的构成由工作部分和非工作部分构成。

车刀的工作部分比较简单，只由切削部分构成，非工作部分就是车刀的柄部(或刀杆)。不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参数。图2－38车刀的构成（1)前刀面Aγ

切屑流过的刀面。1.刀面（2)主后刀面Aα

与工件正在被切削加工的表面（过渡表面）相对的刀面。（3)副后刀面A’α‘

与工件已切削加工的表面相对的刀面。2.刀刃（1）主切削刃S

前刀面与主后面在空间的交线。（2）副切削刃S‘

前刀面与副后面在空间的交线。

3．刀尖三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重要参数。用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参考系;刀具的标注角度和刀具工作角度两类。（三）刀具角度的参考系2.正交平面（主剖面）参考系由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成(1)基面pr通过切削刃上选定点，垂直于该点猪运动方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。(2)切削平面ps通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。(3)正交平面po通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。图2-40正交平面参考系（1）主剖面中测量的刀具角度1)前角γO

前刀面与基面之间的夹角。2)后角αo

后刀面与切削平面之间的夹角。3)楔角βo

前刀面与后刀面之间的夹角，它与前角、后角有如下的关系：βo＝90°－(γO＋αo)βo也是判断标注是否正确的验证式之一。（三）刀具的标注角度

图2－43车刀的主要角度（2）基面中测量的刀具角度1）主偏角κr

主切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf

方向之间的夹角。2）副偏角κr′

副切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。3）刀尖角εr

主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，εr=180°-(κr＋κr′)4）主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀尖的几何形状,用刀尖圆弧半径rε描述，当rε=0时为尖角过渡，rε＞0时为圆角过渡（2）切削平面中测量的刀具角度1）刃倾角λs主切削刃与基面之间的夹角。它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。当主切削刃与基面平行时λs=0°；当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时λs＞0°；反之λs≤0°。

3.其它刀具标注参考系（1）法剖面pn与法平面参考系

1)法平面通过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面2)法平面参考系pr、ps、pn组成的参考系。刀具角度标注见图正交平面参考系与法平面参考系2．刀具工作角度的分析在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。1）横向进给运动对工作前、后角的影响图2－49刀尖安装高低对工作角度的影响图2－50车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响三、刀具材料金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配的刀具材料。金属切削过程中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切削性能评估的三要素。2.4.5.刀具材料基本性能要求：1)高硬度和耐磨性2)足够的强度和韧性3)高温稳定性4）良好的工艺性5）经济性工具钢包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。硬质合金有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。陶瓷超硬刀具材料推广使用新型刀具材料如涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。使用最广泛的是高速钢和硬质合金钢1．高速钢它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。热处理后硬度可达62～66HRC,有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在500～650°C时仍能进行切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。按用途可分为：普通高速钢和高性能高速钢。按制造工艺可分为:

熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为:

钨系和钼系。

（1）高速钢的分类

（2）常用高速钢的牌号与性能普通高速钢W18Cr4V

由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。高性能高速钢典型牌号有M42。粉末冶金高速钢适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。硬质合金刀具化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～1000°C。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高4～10倍。

2．硬质合金常用硬质合金的牌号及其性能钨钴类硬质合金代号为YG，属K类。合金中含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。钨钛钴类硬质合金代号为YT，属P类。它以WC为基体,添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。钨钛钽（铌）类硬质合金代号为YW，属M类。它在YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等。它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。1．涂层刀具材料在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al203及其复合材料等,涂层厚度随刀具材料不同而异。（1）TiC涂层（2）TiN涂层4．其它刀具材料目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。（3）TiC-Al2O3涂层（4）TiC-Al2O3-TiN涂层以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。其优点是硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强；其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。（2）陶瓷刀具材料碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。硬度极高，耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产