刀具技术——可转位刀具

负型刀片
对于铣刀： 采用负型刀片主要考虑： 1．刀片强度 2．提供多一倍的刃口，经济性 好
正型刀片
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3．刀片的槽型 车刀——由于车削大部分以连续切削为主，注重断屑及排屑的控制能力，称为断屑槽 粗加工
精加工
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2．内外螺纹车刀
3．内外槽刀、切断刀
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（二）铣刀 1．整体硬质合金铣刀 2．可转位立铣刀、面铣刀、三面刃铣刀 3．螺纹铣刀（视频）
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（六）镗刀 1．模块式镗刀系统
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（七）齿轮刀具 1．齿轮滚刀 2．齿轮铣刀 3．插齿刀
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（八）拉刀，推刀等复杂成形刀具
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（三）钻头 1．整体硬质合金钻头（D1～D25） 2．皇冠钻（D10～D20） 3．浅孔钻（D14～D100）
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3．深孔钻，枪钻（8 x D 以上） ，整体硬质合金深孔钻（视频：曲轴油孔加工）
喷吸钻设备
SANDVIK 的 T-MAX 系列喷吸钻
逆铣时刀具旋转方向与进给方向相反。逆铣 开始时切屑的厚度为 0， 当切削结束时切屑的厚度 增大到最大值。铣削过程中包含着抛光作用。切 削力是离开安装工件的机床工作台面的。 鉴于采用这种方法产生一些副作用，诸如后 刀面磨损加快从而降低刀片耐用度，在加工、高 合金钢产生表面硬化，表面质量不理想等，所以 这种方法极少使用。 必须完全将工件夹紧，否则有提起工作台的 危险。可消除丝杠间隙，常用于传统机床
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（2）刀片类型 差 强度 好
好
可达性
差
选刀原则： 通常，刀尖角越大刀片越坚固，也就是说圆形刀片是最坚固的刀片。35°尖角的 V 型刀片是最弱的刀 片。 但是，刀尖角越大在切削时越容易产生振动，也就是说圆形刀片是最容易产生振动的刀片。带 35°尖 角的 V 型刀片是最不容易产生振动的刀片。
90° 13
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（二）刀片材质 1.主要的刀具材料如下: 涂层和不涂层硬质合金 金属陶瓷 陶瓷（氮化硅）刀片 立方氮化硼（CBN） 多晶金刚石（PCD）
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2.刀片的重要材质——钨及硬质合金 1923 年，硬质合金由德国 Krupp 公司的发明，取名 Widia，表示向钻石一样 坚硬。硬质合金是当时已知的最硬的人造材料，它的发明标志着金属切削刀具的 第二次革命。硬质合金的主要成份是 WC+Co（碳化钨+ 钴） ，其中 WC 的含量约为 88%-94%，是硬质相 Co 占 6%-12%为粘结相。根据牌号不同，硬质合金还添加有 钛 Ti，铌 Nb，钽 Ta 等稀有金属元素。这些元素组成的碳化物，如 TiC 可显著提 高硬质合金的硬度；而 NbC，TaC 等可明显改善其韧性及耐高温性能。 硬质合金的主要原料金属钨，被称为“工业的牙齿” 。钨能耐高温，所以钨 合金被大量用在机械、军事工业中。比如枪、炮的发射管中都会用到钨的合金。 穿甲弹的弹丸， 都是用比坦克装甲硬得多的高密度合金钢、 碳化钨等材料制成的。 钨合金没有放射性，化学性能也非常稳定，甚至在 1000℃以上的高温下也不会 氧化，而且硬度也不会明显下降。这点对防穿甲弹的高温金属十分有利。如果一个国家没有钨的话，在 目前技术条件下的金属加工能力就会出现极大的缺失，直接导致机械行业的瘫痪。 金属钨，在世界上储量极少且不可再生，只有中国、加拿大、俄罗斯、美国、越南等少数国家才有 分布。其中中国储量最多，主要分布于江西，湖南等省份。近些年我国一直占全球供应量的为 85%。据 书面资料记载，上世纪 80 年代，我国储量约占世界储量的 70% ，而经过近 30 年的开采与开发，这一数 字已变为 45%。
（6）车削参数的选择 切削深度与进给量的影响
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进给量与断屑槽的关系
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2．铣刀 （1）选择铣刀的关注点 A．加工效率：金属去除率 金属去除率 (Q cm³/min) 越大，功率需求越高。在用低主轴转速进行特殊材料的粗加工时，要特 别重视是否有充足的功率和扭矩。 B．机床的扭矩和功率不足，会使切屑厚度产生波动，进而导致性能不稳定。 大多数加工中心： • 在较高转速时扭矩较低 • 在较低转速时功率较低 因此，在用较大直径的刀具进行粗加工时，由于需要低转速和高功率； 而高转速能力的机床主要应用于精加工，此时需要调整加工策略：使用较小的刀具直径、小切削 深度 ap/ae 和较高的每齿进给量 fz。 对于需要高功率低转速加工的零件，机床经过调整，可以达到 适用粗加工和精加工的最佳性能。 C．铣削的功率需求随着下列因素而变： • 平均切屑厚度 • 刀具槽形 • 切削速度
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1．刀片命名——铣刀片
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2．刀片型式——正型刀片与负型刀片 选择原则: 对于车刀： 1． 建议正型刀片用于内部加工， 小型机床， 不稳定的工艺系统和 复杂形状的工件 。 2． 建议负型刀片用于外部加工， 高的金属切除率和不良的加工 条件。
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（4）切屑厚度 每齿进给量是一个重要的切削数据，它在铣削中是可变化的，它对切屑厚度的影响极大，而切屑 厚度在铣削过程中也是一个重要的因素。 而平均切削厚度，是与材料研究密不可分的。换言之，各类切削材料都有着适合自己的平均切削 厚度，这一数值往往作为刀具每齿切削量的重要参考。 逆铣时，铣削开始时薄的切屑对于刀具的磨损和切削力是不利的。由于力作用的结果，刀具与工 件趋向于分离，而且在刀刃切入前就打滑，刀具发生磨损。这种情况对刃口的有害性比刀刃切入金属 要大得多。 顺铣以最大的切屑厚度开始切入，而且要求将机床的进给装置调整到没有间隙。刀具切入时，一 旦装有工件的工作台退让了，则刀具、工件甚至机床都有损坏的危险。
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3.刀片材质的选择 （1）根据样本中的应用范围粗 选材质 例如： AHNO8830 P15-30 AHNO8815 P10-20 （2）根据样本中材质说明结合 实际工艺条件精选材质 加工 45#钢为例： 中粗加工：8830 精加工：8815 （3）在不锈钢、难切削材料的 半精及精加工时，选择 PVD 涂 层的刀片较为合适
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刀具技术交流
总裁助理 刘伟 二〇一二年 五月
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内容
一、刀具的基本种类 二、可转位刀具及刀片 ——刀片型式 ——刀片材质 ——选刀原则 ——失效分析 ——发展方向
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一、刀具的基本种类 （一）车刀（视频：车削中心，硬车） 1．外圆车刀、内孔车刀（镗刀）
卧式加工中心上的枪钻
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发动机缸体主油孔加工
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（四）铰刀 1．整体硬质合金铰刀 2．快换式铰刀 3．刀片（可调）式铰刀
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（五）螺纹刀具 1．丝锥（视频：切削丝锥/挤压丝锥） 2．螺纹铣刀 3．车削螺纹刀具
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（2）铣刀的重要角度 正轴向前角 负径向前角 负轴向前角 负径向前角 正轴向前角 正径向前角
切削刃抗冲击性能较强，切 抗冲击能力强，采用负型刀 切削轻快，排屑顺利但切削 削刃也较锋利。适用于加工钢、 片，适用于粗铣铸钢、铸铁和高 刃强度较差。适用于加工软材料 铸钢和铸铁。大余量铣削时，效 硬度、 高强度钢。 但铣削功率消 和不锈钢、耐热钢、普通钢和铸 • 果也较好 耗大，需要极好的工艺系统刚性 铁等。在小功率机床、工艺系统 刚性不足、以及有积屑瘤产生时 应优先选用该形式。
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（3）刀尖圆角 刀尖圆角半径 表面质量和进给在车削加工中，加工出来的表面 质量直接受到刀尖半径和进给率组合的影响。
刀尖圆角 mm 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 2.4
圆刀片 mm
0.4/1.6 0.05 0.07 0.1
1.6/6.3 0.08 0.11 0.15 0.19
0.22 0.3 0.37 0.43 0.53 0.62 0.72 0.8 0.88 1.01 1.13 1.26
0.38 0.47 0.54 0.66
1.08 1.32
1 1.1 1.26 1.42 1.58
2.54 2.94 3.33
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（4）内圆车削刀片选用原则 选择尽可能大的镗杆直径，但同时应确保留有足够的排屑空间 选择尽可能小的悬伸 选择尽可能接近 90 度的主偏角 刀片应具有正前角基本形状和正前角刀片槽形 选择刀尖半径小于切削深度的刀片（切削期间切削刃吃刀不足时会由于摩擦而产生振动） 切削刃吃刀过大时 (大切深和/或进给) 会通过刀具偏斜引起振动 带薄涂层的刀片或非涂层刀片通常比厚涂层刀片可提供更低的切削力
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（5）刀片夹紧方式
夹紧效果非常好——粗、重加工 更换刀片方便
夹紧效果好粗、重加工 更换刀片较慢
易于排屑——精加工、内部加工 更换刀片方便
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易于排屑精加工、内部加工 更换刀片较慢
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Ra/Rz m 3.2/12.5 6.3/25
进给量 mm
8/32
32/100
6 8 10 12 16 20 25
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0.2 0.3 0.25
0.31 0.36 0.4 0.44 0.51
0.13 0.17 0.24 0.29 0.34 0.42 0.49 0.56 0.63 0.69 0.8 0.89
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车刀槽型的由来：
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铣刀——由于铣削都是断续切削，注重加工效率及加工负载。 在设计上更多地考虑根据不同加工条件，使得刀片与刀体配合形成不同的轴向或径向前角
刀片的几何角度
铣刀
轴向前角γp 断面径向前角γf
铣刀的主要参数 +10.5° - +12° 主偏角 Kr -3.8° - -8.2° 切削深度 Ap
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（3）顺铣与逆铣 顺铣 逆铣
顺铣时刀具旋转方向和进给方向相同。顺铣 开始时切屑的厚度在为最大值，切削力是指向机 床台面的。 顺铣是为获得良好的表面质量而最常用的 加工方法。它具有较小的后刀面磨损、机床运行 平稳等优点，适用于在较好的切削条件下加工高 合金钢。 不宜加工含硬表层的工件（如铸件表层） ， 因为这时刀刃必须从外部通过工件的硬化表层， 从而产生较强的磨损。
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（三）可转位刀具的选择选择原则 1．车刀 （1）主偏角与刀杆尺寸
刀杆尺寸和类型的选择要考虑多种因素： ——进给方向 ——切削层参数 ——工件和刀具的适应性
选刀原则： 1．按机床的允许值选用尽可能大的刀柄，以提高刚性； 2．根据加工条件选择尽可能小的主偏角，以提高加工效率； 3．分析整个工件的主要加工类型，以选用正确（通用）的刀杆类型。
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（九）行业特种刀具等 1．圣诞树铣刀 2．车拉刀
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二、可转位刀具 （一）可转位刀片的制造型式 1．刀片命名——车刀片
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