机械加工：刀具材料及刀具构造

刀具材料及刀具构造

切削过程中，直接完成切削工作的是刀具。无论哪种刀具，一般都由切削部分和夹持部分组成。夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分，要求它能保证刀具正确的工作位置，传递所需要的运动和动力.并且夹持可靠，装卸方便。切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分，刀具切削性能的优劣，取决于切削部分的材料、角度和结构。

一.刀具材料

1.常用材料

目前，生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。碳素工具钢（如T10A、T12A）、工具钢（如9SiCr、CrWMn）因耐热性差，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。

高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。有较高的热稳定性，较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。

高速钢按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢；按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末高速钢。

2.硬质合金

由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。

因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物，硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。硬度可达HRA89～93，在800～1000 °C还能承担切削，耐用度较高速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高4～10倍。唯抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。

碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。

硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占50％）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、齿轮刀具等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。

二.刀具角度

1.刀具切削部分的组成

(1)前面（前刀面):刀具上与切屑接触并相互作用的表面。

(2)主后面（主后刀面):刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面。

(3)副后面（副后刀面):刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。

(4)主切削刃:前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。

(5)副切削刃:前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。

(6)刀尖:连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧。

其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。如上图所示，刨刀切削部分的形状与车刀相同(图a);钻头可看作是两把一正一反并在一起同时车削孔壁的车刀，因而有两个主切削刃，两个副切削刃，还增加了一个横刃(图b);铣刀可看作由多把车刀组合而成的复合刀具，其每一个刀齿相当于一把车刀。

2.要确定和测量刀具角度，必须引入三个相互垂直的参考平面：

(1)切削平面：通过主切削刃上某一点并与工件加工表面相切的平面

(2)基面:通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向相垂直的平面。 (3)正交平面:通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。

3.刀具的标注角度

(1)前角：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角，前角表示前刀面的倾斜程度；

(2)后角：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角，后角表示主后刀面的倾斜程度；

(3)主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，主偏角一般为正值；

(4)副偏角 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角，副偏角一般为正值。

(5)刃倾角 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角

1.产生原因:在实际的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。

2.定义:以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。

3.影响：刀具安装位置对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响。

三.刀具结构

1.刀具分类

(1)按加工方式和具体用途，可分为车刀、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。

(2)按所用材料性质，可分为高速钢刀具、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;

(3)按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等(4)按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。

2.常用刀具简介

(1)车刀:可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。 a)直头外圆车刀 b)弯头外圆车刀 c)弯头外圆车刀 d)端面车刀 e)内孔车刀 f)切断刀 g)宽刃光刀

(2)孔加工刀具 孔加工刀具一般可分为两大类:一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等;另一类是对工件上己有孔进行再加工用的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。 a.麻花钻:麻花钻是应用最广的孔加工刀具，特别适合于3Omm以下的孔的粗加工，有时也可用于扩孔。

工作部分(刀体)的前端为切削部分，承担主要的切削工作，后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。

工作部分有两个对称的刃瓣 、两条对称的螺旋槽;导向部分磨有两条棱边。

标准麻花钻存在切削刃长、前角变化大、螺旋槽排屑不畅、横刃部分切削条件很差等结构问题，生产中为了提高钻孔的精度和效率，常将标准麻花钻按特定方式刃磨成 “群钻” 使用。

群钻的基本特征为：“三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃开屑槽，横刃磨得低窄尖”。

b.中心钻:中心钻用于加工轴类工件的中心孔。钻孔时，先打中心孔，也有利于钻头的导向，可防止孔的偏斜。

c.深孔钻:深孔钻是专门用于钻削深孔的钻头。为解决深孔加工中的断屑、排屑、冷却润滑和导向等问题，人们先后开发了外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻和套料钻等多种深孔钻。

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