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培训教材刀具基础知识及发动机厂刀具简介刘伟安汽公司发动机厂工装检测组二○○○年八月二十日第1页发动机厂刀具简介一、刀具材料1、刀具材料的要求（1）、硬度。刀具材料的硬度应高于工件材料的硬度（2）、耐磨性（3）、足够的强度和韧性（4）、较高的耐热性。通常用红硬性来表示，指在高温下保持上述性能的能力。（5）、磨削性2、常用刀具材料（1）、工具钢：T10A、9SiGr、GCr15。主要用于制造低速刀具，目前已很少使用。（2）、高速钢高速钢是一种含钨、铬、钼、钒等合金较多的工具钢，其红硬性较普通工具钢高，允许切削速度也要高两倍以上，因此称为高速钢。高速钢的硬度、耐磨性、红硬性虽不及硬质合金，但其制造刀具的刃口的强度和韧性较硬质合金高，能承受较大的冲击载荷。①、普通高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V2硬度为HRC62~65②、高性能高速钢铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al硬度为HRC68~69钴高速钢110W1.5Mo9.5Cr4VCo8可用于制造复杂刀具W的作用：W和Fe、Cr一起与C形成高硬度的碳化物，可以提高纲的耐磨性Mo的作用：与W基本相同，并能减少钢的碳化物的不均匀性，细化碳化物颗粒，增加钢对机械能的吸收能力。为了增加热硬性，添加Co、Al等元素为了提高耐磨性，可适当增加V量，但随着V量的增加，可磨性变得越来越差。（3）、硬质合金硬质合金是高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC）的粉末，用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢，硬度可达HRC74~81，允许切削温度可达800~1000℃，允许切削速度可比高速钢高十几倍，并能切削工具钢无法切削的难加工刀具基础知识及发动机厂刀具简介第2页材料。但其抗弯强度和冲击刃性较高速钢低的多，刃口也不易磨得很锋利。硬质合金的类别主要有：①、YG钨钴类硬质合金（WC-Co）（K类）钨钴类硬质合金的抗弯强度、韧性、磨削性、导热性较好，主要用于加工脆性材料（如铸铁）、有色金属及其合金YG3XYG3（K01、K05）YG6（K15、K20）YG8（K30）含Co量②、YT钨钛钴硬质合金（WC-TiC-Co）（P类）钨钛钴硬质合金由于加入了碳化钛（TiC），使其耐磨性提高但抗弯强度、磨削性、导热性下降，主要用于高速切削一般钢材。YT30（P01）YT15（P10）YT14（P20）YT5（P30）含TiC量③、涂层硬质合金在韧性较好的硬质合金表面上涂覆一层5~12μm，硬度和耐磨性很高的物质，如（TiC、TiN），使得硬质合金既有高硬度和耐磨性表面，又有坚韧的基体。涂层可提高硬质合金的耐磨性，减少工件和刀具表面的摩擦系数，减少切削力，降低切削温度，从而能提高切削速度而不降低刀具耐用度。（4）、陶瓷刀具陶瓷刀具主要用Al2O3，加微量添加剂经冷压烧结而成，其硬度、耐磨性、红硬性均较硬质合金高，能在1200℃高温下切削，可采用比硬质合金高几倍的切削速度，可获得较高的工件表面粗糙度和尺寸稳定性，硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量精加工粗加工硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量精加工粗加工刀具基础知识及发动机厂刀具简介第3页但其缺点就是抗弯强度和冲击韧性差。用于一般材料的精加工。但随着陶瓷材料制造工艺的改进，以及添加某些金属碳化物、氧化物，将有利于抗弯强度的提高，从而扩大其使用范围。（5）、PCD聚晶金刚石，硬度最硬，用于加工非铁族材料，可获得较高的表面粗糙度和尺寸精度。0（6）、PCBN聚晶立方氮化硼，其硬度仅次于金刚石，但其热稳定性大大高于金刚石，在1400℃仍然保持其硬度，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等。二、刀具的角度及其选择1、前角γ0：前刀面与基面之间的夹角（1）、前角的功用①、影响切削区域的变形程度②、影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件③、影响切削形态和断屑效果④、影响加工表面质量（2）、前角的选择原则⑤、根据材料的强度、硬度⑥、加工塑性材料，应取较大的前角；加工脆性材料时，可取较小的前角。⑦、粗加工应适当减小前角⑧、成形刀具常取较小的前角⑨、刀具的材料抗弯强度低时，应选用较小的前角⑩、工艺系统刚性差和机床功率不足时，应选用较小的前角。⑪、数控机床和自动线刀具，考虑到刀具的尺寸耐用度及工作的稳定性，而选用较小的前角。2、后角α0：后刀面与切削平面的夹角（1）、后角的功用①、减小后刀面与加工表面之间摩擦②、后角越大，切削刃越锋利③、增大后角可以提高刀具耐用度④、增大后角将使切削刃和刀头的强度削弱，散热体积减小（2）、后角的选择①、粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，应取较小的后角；精加工时，增大后角可提高刀具耐用度和加工表面质量。刀具基础知识及发动机厂刀具简介第4页②、工件材料硬度、强度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小的后角；工件材质较软、塑性较大或易加工硬化时，应适当加大后角；加工脆性材料，宜取较小的后角；但加工特别硬而脆的材料时，在采用负前角的情况下，必须加大后角才能造成切削刃切入的条件。③、工艺系统刚性差，容易出现振动时，应适当减小后角。④、各种有尺寸要求的刀具，为了限制重磨后刀具尺寸的变化，宜取较小的后角。3、楔角β0：前刀面与后刀面之间的夹角4、主偏角：主切削刃与进给方向在基面上投影间所夹的角度5、副偏角：副切削刃与进给方向在基面上投影间所夹的角度（1）、主偏角和副偏角的功用①、影响切削加工残留面积高度，减小主偏角和副偏角可以提高加工表面粗超度。②、影响切削层的形状③、影响三个切削分力的大小和比例关系④、主偏角和副偏角决定了刀尖角，故直接影响刀尖处的强度和散热体积。⑤、还影响断屑效果和排屑方向（2）、主偏角的选择原则（P157）（3）、副偏角的选择原则（P158）6、刀尖角：主切削刃和副切削刃在基面上投影间的夹角7、刃倾角：主切削刃与基面之间的夹角，当刀尖是切削刃上最低一点时，刃倾角为负值；当刀尖是切削刃上最高一点时，刃倾角为正值（1）、刃倾角的功用（P161）（2）、刃倾角的选择8、刀刃（P164）（1）、锋刃（2）、倒棱：其主要的作用是增强切削刃，提高刀具耐用度（3）、倒圆刃（4）、刃带三、切削要素用于表示切削时各运动参数的数量1、切削速度主运动的线速度（米/分钟）刀具基础知识及发动机厂刀具简介第5页工件名称钻削铰削铣削镗削攻丝缸体2017~2175~80608缸盖40~6045~70900~130060~200（600）18主轴承盖OP20的036-12056、12057整体硬质合金钻头的线速度为54米/分钟2、进给量工件或刀具旋转一周，刀具沿进给方向移动的距离3、切削深度指工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离四、切削力1、切削力的来源切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力，二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。在切削过程中，切削力直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具磨损、耐用度和已加工表面质量，在生产中，切削力又是计算切削功率、设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。2、影响切削力的因素（1）、工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，切削力也就越大。（2）、切削用量的影响切削深度和进给量增加，切削力将增大。在加工塑性材料时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度提高而减小。而加工脆性材料如铸铁，切削速度对切削力没有显著影响。（3）、刀具几何参数的影响前角、刀尖圆弧半径（4）、刀具磨损的影响后刀面磨损，将增加后刀面上的摩擦力，因此，切削力也将增大。（5）、切削液的影响以冷却作用为主的水溶液对切削力的影响较小，而以润滑作用为主的冷却油能显著降低切削力。（6）、刀具材料的影响不同材料的刀具与工件材料之间的摩擦系数不同，对切削力刀具基础知识及发动机厂刀具简介第6页有一定影响，但不是影响切削力的主要因素。五、切削温度1、切削热的来源切削层金属发生弹性变形和塑性变形，是切削热产生的一个来源，同时，切屑与前刀面、工件与后刀面消耗的摩擦功，也转化为热能，这就是切削热产生的另一个来源。2、切削热的影响因素同切削力的影响因素。六、刀具磨损一把刀具经过一段时间的切削后，我们就会发现工件已加工表面粗糙度显著下降，工件尺寸超差，切削温度升高，有时，切屑的颜色和形状也和初始切削前不同，切削力增大，甚至出现振动和不正常的声响，同时，在工件加工表面上出现亮带等现象，这些现象说明刀具已严重磨损，必须重磨或重新换刀。1、正常磨损在切削过程中，前刀面和后刀面经常与切屑、工件接触，在接触区里发生着强烈的摩擦，同时，在接触区里有很高的温度和压力，因此刀具的前刀面和后刀面都会发生磨损。2、非正常磨损在生产中，常常出现刀具不是逐渐磨损，而是突然崩刃、卷刃或刀片整个碎裂。这种刀具的先期破坏显然是不正常的，我们称之为非正常磨损。非正常磨损的原因很多，主要有：（1）、刀具材料的韧性或硬度太低；（2）、刀具的几何参数不合理，使切削刃过于脆弱或切削力过大；（3）、切削用量选得过大，以至切削力太大或切削温度太高；（4）、刀片在焊接和刃磨时，因骤冷骤热而产生太大的热应力以至出现裂纹。（5）操作不当或加工情况不正常，使切削刃受到突然的冲击或热应力，以至崩刃、热裂等。当发生刀具非正常磨损时，应找出原因，及时解决。3、刀具磨损原因（1）、磨料磨损磨料磨损就是由于切屑或工件表面有一些微小的硬质点，如碳化铁、其它碳化物以及积屑瘤碎片等硬粒，在刀具上划出沟纹而造成刀具基础知识及发动机厂刀具简介第7页的磨损。对于低速切削的刀具，如拉刀，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。（2）、粘结磨损粘结是摩擦副新鲜表面分子间吸附力所造成的现象。在切削温度稍高的情况下，摩擦表面上微观的高低不平的接触点会彼此粘结，而摩擦面由于有相对运动，粘结点将产生破裂而被对方带走，造成粘结磨损。（3）、扩散磨损扩散磨损是在更高温度下发生的一种现象。在摩擦副中，某些化学元素在固体状态下相互扩散到对方去，改变了原有材料的结构，使刀具材料变得脆弱，加速了刀具的磨损。（4）、氧化磨损当切削温度达700~800℃时，空气中的氧与硬质合金中的钴以及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物，使得碳化物颗粒被粘走，这种磨损叫做氧化磨损（5）、热裂磨损在有周期性热应力情况下，因疲劳而产生的一种磨损，叫做热裂磨损。例如，使用硬质合金铣刀进行高速铣削时，刀齿周期性地切入和切出，由于受到周期性的冲击，应力有较大的变化，而且骤冷骤热，产生相当大的热应力。当这种热应力多次反复，使刀具表层达到热疲劳极限时，刀齿将出现裂纹。当切削温度较高时，脆性的刀具材料特别容易发生这种磨损。（6）、塑性变形刀具在较高温度下工作时，不但高速钢刀具会退火卷刃，而且硬质合金刀具也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖塌陷，其结果就是使刀具角度发生变化，从而进一步加速磨损。总之，对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。4、刀具磨损过程刀具基础知识及发动机厂刀具简介第8页一般分为三个阶段（1）、初期磨损这一阶段磨损较快，这是因为切削刃上应力集中，后刀面上很快被磨出一个窄的面。这样就使压强减小，因而磨损速度就稳定下来。初期磨损量的大小和刀具的刃磨质量有很大的关系。（2）、正常磨损刀具磨损宽度随时间增长而均匀地增加。正常磨损阶段的曲线基本上一根向上倾斜的直线段。（3）、剧烈磨损由于刀具变钝，切削力增大，温度升高，磨损原因发生了质的变化，使磨损大大加剧，磨损达到这一阶段时，刀具消耗很不经济。使用刀具时，应避免使刀具磨损进入这一阶段。七、磨钝标准1、磨钝标准确定的依据刀具磨损值的大小将直接影响切削力、切削热和切削温度的增加，并使工件的加工精度和表面粗糙度降低。一般刀具的后刀面都会磨损，而测量后刀面的磨损值比较方便，因此，一般都按照后刀面的磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准就是指后刀面磨损带中间平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸。2、我厂磨钝标准简介七、具耐用度1、刀具耐用度的定义刀具由开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间称为刀具耐