刀具讲座

第一章：刀具材料
（1）普通高速钢：是指加工一般金属材料常用的高速 钢，通常包括两个品种，如下： （A）W18Cr4V：属于钨系高速钢，其淬火后硬度为 HRC63-66，耐热性可达620℃，抗弯强度为3430兆 帕，目前分厂内常用的就是此种高速钢。 （B）W6Mo5Cr4V2：属于钼系高速钢，含Mo在2%以 上，与W18Cr4V相比，淬火硬度与耐热性相近，但其 抗弯强度、冲击韧性与高温塑性较高，因而其使用寿 命较长，已逐步推广使用。 （2）高性能高速钢：高性能高速钢是在普通高速钢中 再加入一些合金元素，进一步提高其耐磨性与耐热性。
第二章：刀具几何参数
第二章：刀具几何参数
（二）辅助平面（如下图所示）：为了便于确定车刀上 的几何角度，规定了下列几个辅助平面。
第二章：刀具几何参数
各辅助平面的概念如下： （1）切削平面Ps：通过切削刃上某选定点，相切于工件 加工表面的平面。 （2）基面Pr：通过切削刃上某选定点，并垂直于该点切 削速度方向的平面。切削刃上同一点的基面与切削平面 一定相互垂直。 （3）主剖面P0：通过主切削刃上某选定点，并垂直于 主切削刃在基面上投影的平面，主剖面同时垂直于切削 平面与基面。 （4）副剖面P0’：通过副切削刃上某选定点，并垂直于 副切削刃在基面上投影的平面。
（5）刀具各角度的作用如下： (A):主偏角:主偏角的大小影响轴向力与径向力的比例。 主偏角的大小还影响 参与切削的切削刃长度，当切削深 度与进给量相同时，主偏角减小则使参与切削的切削刃 长度加大，单位切削刃长度上的负荷减小，从而有利于 提高刀具寿命。 (B):副偏角:副偏角的作用是减小副切削刃与工已加工表 面之间的摩擦。一般减小副偏角，可减小工件表面的加 工残留面积，细化表面粗糙度，但过小的副偏角会使径 向切削力增大，易引起震动。 (C):刀尖角:影响刀头的强度与散热性能。
第一章：刀具材料
（4）高耐热性：又称为红硬性，指刀具材料在高温下 保持其硬度的性能，它是衡量刀具切削性能的主要指 标。 （二）刀具材料的种类：刀具材料一般有以下几种 （1）高速钢：又称为锋钢，它是一种含钨（W）、铬 （Cr）、钼（Mo）、钒（V）等合金元素较多的工具 钢。 高速钢具有良好的淬透性，淬火后硬度可达HRC63-66， 有的可达HRC67-70，具有很高的强度、韧性和耐磨性。 在切削温度达到540℃--600 ℃时，仍能维持其切削性 能。高速钢按其用途一般可分为：普通高速钢与高性 能高速钢两类：
第一章：刀具材料
（D）碳化钛基类硬质合金（YN）：它是由碳化钛做为 硬质相，镍、钼作为粘结剂组成的，所以硬度可达HRA 90-95，具有很高的耐磨性与较高的切削性能，在1000℃ 以上的高温仍能切削，其切削速度可达300-400mm/min， 适合于对较高硬度的合金钢、工具钢及淬硬钢等的连续 精加工。其常见的牌号有YN05、YN10。 （E）涂层硬质合金：是采用化学气相沉积法，在硬质 合金表面涂镀3-5μmm耐磨的难熔金属，如TiC、TiN及 AL2O3及其复合材料，提高其综合切削性能。其刀片寿 命比无涂层刀片提高3-5倍，其一般多用于普通钢材的精 加工与半精加工。
第二章：刀具几何参数
（D）前角:前角的作用是减少切削变形，减少切屑与刀 具前刀面的摩擦，使刀刃锋利，降低切削阻力，但前角 过大会减弱刀头及切削刃刃口的强度。 （E）后角:后角的作用是减少主后刀面与工件已加工表 面的摩擦，使刀刃锋利，但后角过大会减弱刀头及切削 刃刃口的强度,使散热条件变差, 从而降低刀具寿命 （F）刃倾角:刃倾角的作用是改变切屑流出的方向，影 响刀头强度及工作前角，并能使切削平稳。单刃刀具可 以 采用较大的负刃倾角,可使远离刀尖的切削刃先接触 工件,使刀尖免受冲击,提高刀具耐用度。对于回转的多 刃刀具，如圆柱铣刀，其螺旋角就是刃倾角，此角可使 切削刃逐渐切入和切出，可使铣削过程平稳。同时刃倾 角也可增大实际工作前角，使切削轻快。
③刀尖角εr：主切削刃与副切削刃在基面上的投影之 间的夹角。 ④前角(γ)：在主剖面内，前刀面与基面之间的夹角。 ⑤后角(α):在主剖面内，后刀面与切削平面之间的夹角。 ⑥楔角(β)：在主剖面内，前刀面与后刀面之间的夹角。 ⑦刃倾角(λ)：在主切削平面内，主切削刃与基面之间的 夹角。
第二章：刀具几何参数
第一章：刀具材料
此种高速钢切削速度可达50-100mm/min，它能够切削 不锈钢、耐热钢及高强度钢等难加工材料，主要有以 下几种： （A）高钒高速钢（W12Cr4V4Mo）：该速钢内增加 了钒及碳的含量，提高了耐磨性，寿命比普通高速钢 提高2-4倍，但其磨削性能不好，韧磨困难。 （B）超硬高速钢：该种高速钢是近年来为了加工高温 合金、钛合金、难熔合金及超高强度钢与奥氏体不锈 钢等难加工材料发展起来的。其常温硬度、高温硬度、 耐热性与耐磨性都高于普通高速钢。此外其含钒量较 低（1%--3%），综合性能较好，常见的牌号有以下几 种：
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W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2A1、95W18Cr4V、及 W6Mo5Cr4V5SiNbA1（B201钢）、W9Mo3Cr4V等。 其中W2Mo9Cr4VCo8高速钢属于含钴超硬高速钢，简 称为M42钢，有很高的常温与高温硬度，适合于加工高 强度耐热钢、高温合金、钛合金等难加工材料。其韧 磨性好，适于做精密复杂刀具，但不适于再冲击条件 下工作。 （3）硬质合金：它是用粉末冶金法制造的合金材料， 由硬度与熔点很高的碳化物（又称为硬质相），与金 属粘结剂（又称为粘结相）组成的。其硬度较高，常 温下可达HRC74-81，其耐热性更高，耐热温度可以达 到800℃--1000℃。
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（7）立方氮化硼：其原料为六方氮化硼，硬度略低于金 刚石（HV8000-9000），其热稳定性大大高于金刚石， 化学稳定性好，能以正常的切削速度切削淬火钢、冷硬 铸铁及高温合金等难加工材料。
第二章：刀具几何参数
在介绍刀具几何参数时，我们以最基本的切削方式—车 削加工为例进行讲解。这些定义也适用于其他切削加工。 第一节 切削过程运动及形成表面 （一）切削过程的运动：金属切削机床的基本运动有直 线运动与回转运动，但在切削过程中，则是工件与刀具 的相对运动，按其所起的作用可分为:主运动与进给运动. (1)主运动：使刀具直接切除工件上的切削层，使之转变 为切屑，以形成新表面的运动，主运动切削速度高，消 耗的功率大。车削中，工件的回转为主运动；铣削中主 轴的旋转为主运动。
度，应选择较小的后角。加工脆性材料，负荷集中在刃口，为提 高切削刃强度，应选取较小的后角。高速切削应选择较小的后角。
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（C）主偏角：加工较硬的工件材料，为减轻单位切削 刃上的负荷，应取较小的主偏角；在工艺系统刚度允许 的情况下，应采用小的主偏角，以提高刀具耐用度；加 工细长轴，应选用较大的主偏角。车刀主偏角有45°、 60°、75°和90°等几种，在加工台阶轴之类的工件， 车刀必须取90°或大于90°的主偏角。 （D）副偏角：在不引起振动的情况下，一般应取较小的 副偏角，而精加工刀具必须刃磨出一段Kr’=0的修光刃， 以加强副切削刃对已加工表面的修光作用。切断、切槽 及孔加工刀具（如铰刀、丝锥等）副偏角只能取很小的 值（为1°-2°），以保证重磨后刀具尺寸变化量小。
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(三）切削部分的几何角度 （1）在基面内测量的角度（如下图所示）
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（2）在主剖面内测量的角度（如下图所示）
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（3）在主切削平面内测量的角度（如下图所示）
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（4）刀具各角度的概念如下： ①主偏角(Kr)：主切削刃在基面上的投影与进给运动方 向之间的夹角。 ②副偏角(Kr’)：副切削刃在基面上的投影与背进给运动 方向之间的夹角。
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当刃倾角为正值时，切屑流向工件待加工表面；当刃倾角为负值 时，切屑流向工件已加工表面；当刃倾角为零时，切屑基本垂直 于主切削刃方向卷曲流出或呈直线状排除（如下图）：
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（6）前角、后角及刃倾角正负的规定（如下图）：
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（7）选择刀具角度的原则：
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同时，该硬质合金低温脆性较大，不耐冲击，因而不适 于加工脆性材料，而适于高速加工一般钢材。在切削条 件比较平稳，要求强度、耐磨性高时，应选用TiC含量较 高的牌号；当切削过程中，刀具需要承受冲击，则应选 用TiC含量较少的牌号。该类硬质合金常见的牌号有： YT5、YT14、YT15和YT30等。 （C）钨钛钽钴类硬质合金（YW）：该类合金中加入了 适量的碳化钽（TaC）等稀有难熔金属碳化物，提高了 合金的高温硬度、强度、耐磨性、粘结温度及抗氧化性， 韧性也有所增加，具有良好的综合切削性能，但其价格 较贵，主要用于加工难加工材料。
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（5）陶瓷材料：是以氧化铝为主要成分，冷压或热压成 型，在高温下烧结而成的一种刀具材料。与硬质合金相 比，其硬度、耐热性、耐磨性及耐磨性均有所提高，同 时具有很好的化学稳定性与抗粘结性。其允许的切削速 度比硬质合金高20-25%，切削时摩擦系数小，不容易产 生积屑瘤，能获得较细的表面粗糙度与尺寸稳定性。但 其脆性大、抗弯强度低，切削时易崩刃。其常见的牌号 有SG3、AT6、AG2、SG5等。 （6）金刚石：其硬度可达HV10000，可分为天然金刚石 与人造金刚石，常用的是人造金刚石，其粒度一般在0.5 mm左右。
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其切削速度可高于高速钢几倍，甚至几十倍。但硬质合 金的抗弯强度与冲击韧性较高速钢低，其刃口不能磨得 象高速钢刀具一样锋利。 常用硬质合金按其化学成分与使用特性可分为4类，如下： （A）钨钴类硬质合金（YG）：它是由WC和Co组成的， 其韧性、磨削性能及导热性较好，用于加工脆性材料， 如铸铁，有色金属及非金属材料等。常见的牌号有YG3、 YG6、YG8等。 （B）钨钛钴类硬质合金（YT）：它是由WC、TiC和Co 组成的，由于加入了碳化钛（ TiC），使其耐磨性有所 增强，但其抗弯强度、磨削性能及导热系数有所下降。