刀具的基本原理及概述

刀具的基本原理及常用问题讲解

刀具的基本原理及常用问题讲解

其实，要讲解切削刀具的基本原理真是一件不容易的事，真正要了解切削原理，必定要从实践开始。

麦董就要求我们要“用好刀”。其意一：刀具部在选用刀具的时候，必须根据公司实际加工情况，选用适合我们的好用的刀。一把好的刀，不仅是指刀粒材质硬度的韧性好、切削角度、断屑槽设计精妙等，而最重要的是此刀具能否切削你所需的工件，达到预期的目的，如加工效率、光洁度、精度、刀刃寿命、可靠性、甚至稳定性等…….其意二：必须正确使用刀具。这就是今晚我们所要讨论的范围。

一、影响刀具切削条件的各项可能性

（一）刀具本身的设计：如刀具的材质的耐磨度、坚硬度，还有刀刃的切削角度、刀刃在刀体上支承的稳固度。

（二）刀具与刀柄的配合：刀柄是机械将切削力传到刀具的媒介，如果刀柄设计得不妥，将会大大减低了刀具的威力及寿命；例如，产生震动，刀具中心偏移；刀刃后角刃口支承不足而使刀刃过早崩裂等。

（三）机械本身的刚性：若果机械不能提供一个稳定的切削环境给刀具；例如进刀量不稳定，切削速度不稳定甚至震动等，也会是加工的致命伤。

（四）被加工工件夹紧的方式及稳定性：很多刀具寿命不稳定的主要原因（人为）是工件未有被夹紧在机械之上，引致移位或震动做成超差或刃崩。

（五）切削条件设定错误：由于操作者对切削速度、进刀量不甚了解，错误地设定了切削条件，引致刀具不正常损耗等现象，在我司经常发生。

（六）错误选刀，不考虑切削特性：由于刀具部未能将刀具调度，往往出现用长刀做浅孔浅框的现象。

（七）切削液：在精加工中，切削液的浓度对表面光洁度，精度影响很重要，而且对延长刀刃寿命也有一定的帮助。

（八）其他因素：如工件的特性、进刀方向等也是因素之一。

二、被切削材与切削材

被切削材分为 P类――钢材、长削类金属

M类――不锈钢、有色金属

K类――铸铁、铸钢

切削材（硬质合金、Cermet（金属陶瓷）、或陶瓷）也用P 、M、 K分类。

用以切削P 类的可分为P1－P50，通常P40-P50刀片韧性强，但易于被磨损，所以适用于一些不稳定的切削情况下使用，反之P5－P10刀片硬度高，抗磨损能力强，但易于崩脱，所以在切削条件稳定或切削一些较硬材料才会使用。一般来说P20－P30（P35）的材质最广泛被使用。其他如M类及K 类原理大致相同

除了用切削的长度来区分P、M及K类之特性外，更可用切削力来区分。

铣削的使用功率P＝(ap X ae X Vf X Kc) / 60,000,000*η

Kc=1700-2500（P类材料）

=2000-3200（M类材料）

=1000-1500（K类材料）

η＝机械效率＝0.85（一般铣床）

ap=切削深度（刀刃）mm

ae=切削宽度（刀盆）mm

Vf=进刀速度（每分钟） mm / min

在金属切削过程中产生大量的热能，此热量主要来自磨擦阻力及将被切削材的切屑与主体分离所释放的能量，切削刀刃面的温度可达到1000℃，现今使用的切削刀具通常会使８０％热量由切屑带走，以免影响刀刃及工件。传统刀具因切削速度不高及普遍使用切削液，所以热量不是一个重要问题，但在高效能切削时，最好不要采用少量切削液，因切削液在刀刃很快蒸发，不但达不到预期效果，反而使刀刃因热度不均而崩裂。所以通常粗加工是不用切削液而精加工或钻孔时才用大量切削液以提高精度及增加刀刃寿命。

三、材料与刀具

在模具所使用的钢材之中，切削性能最好的可以算是#45 中碳钢 ; 其次是2312 。

合金元素在材料中，对切削性能起了很大的影响，例如硫是杂质，但硫的存在帮助切削。铬是抗锈蚀的主要元素，但铬会使切削困难，易使切屑粘在刀刃之上，形成切削瘤；所以2316，2083，S136H等钢是不利于切削。

★★选用一些刀刃锋利的刀具（大正前角）；

但钢材本身的硬度也对切削有很大影响，NAK80有HRC38-40度，718H也有差不多HRC40的硬度，对高速钢及锋钢刀具来说，切削是非常困难的。

★★尽量选用自身硬度较高的刀具（如圆刀加工王牌选用SM30材质的刀粒，加工硬料选用4030材质的刀粒）；

一些钢材，不是用锯切开，而是用火焰切割的，所以有切边不平而且硬化的现象，增加加工难度。

★★选用一些切削刃可抵受冲击力或刀刃韧性较强的刀具（负前角）

四、刀刃磨损

切削过程中刀具在切除工件上的金属层，同时工件与切屑也对刀具起作用，使刀具磨损。刀具严重磨损，会缩短刀具使用时间，恶化加工表面质量，增加刀具材料损耗。因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和成本的一个重要因素。

（一）刀具磨损的分类

刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损两大类：

1、正常磨损

正常磨损是指在刀具设计与使用合理，制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。正常磨损主要包括下述三种形式。

（1）后刀面磨损

在与切削刃连接的后刀面上，磨出长度为b、后角等于或小于零的棱面。根据棱面上各部位磨损特点，可分为三个区域，如图1所示：

C 区在近刀尖处是磨损较大的区域，这是由于温度高、散热差而造成的。其磨损量用高度VC表示。

N 区近待加工表面，约占全长1/4的区域。在它的边界处磨出较长沟痕，这是由于表面氧化皮或上道工序留下的硬化层等原因造成的。它亦称边界磨损，磨损量用VN表示。

B 区在C、N区间较均匀的磨损区。磨损量用VB表示。其中局部出现的划痕、深沟的高度用VBmax表示。

（2）前刀面磨损

切屑在前刀面上流出时，由于磨擦、高温和高压作用，使前刀面上近切削刃处磨出月牙洼。前刀面的磨损量用月牙洼深度KT表示，月牙洼的宽度为KB。

（3）前、后刀面同时磨损

经切削后刀具上同时出现前刀面和后刀面磨损。这是在切削塑性金属时，采用大于中等切削速度和中等进给量时较常出现的磨损形式。

在生产中，较常见到的是后刀面磨损，尤其是在切削脆性金属和每齿进给量fz较小的情况下；月牙洼磨损通常是在高速、大进给（fz＞0.5mm）切削塑性金属时产生的。

2、非正常磨损

非正常磨损是指刀具在切削过程中突然或过早产生损坏现象。其中有：

（1）破损

在切削刃或刀面上产生裂纹、崩刃或碎裂。

（2）卷刃

切削时在高温作用下，使切削刃或刀面产生塌陷或隆起的塑性变形现象。

（二）刀刃磨损的过程

正常磨损情况下，刀具磨损量随切削时间增多而逐渐扩大。典型磨损过程如图3所示，图中大致分为三个阶段：

初期磨损阶段（I段）在开始切削的短时间内，磨损较快。这是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的;