刀具介紹及運用

1、刀具介紹及應(yīng)用刀具介紹及應(yīng)用 刀具材質(zhì)刀具材質(zhì)& &鍍層鍍層、刀具材質(zhì)刀具材質(zhì)- - 近代機製生產(chǎn)能力不斷的大幅提高，尤其在大量生產(chǎn)的工作要求下，從事於大量且高速的切削工作。為發(fā)揮高性能工作母機應(yīng)有之生產(chǎn)工作效能，則切削刀具尤須密切的配合。為了發(fā)揮刀具之切削能力，故刀具材料需有顯著之進展與改良，目前使用之各種刀具材料均有其特性以適應(yīng)各種不同加工的要求。一般刀具材料必須具備的性能為生產(chǎn)製造費用須最低、具有高溫之抵抗軟化的能力、低的摩擦係數(shù)、較高的抵抗磨耗性質(zhì)，導(dǎo)熱性良好、充分的韌性以及耐衝擊性等等，一般使用的刀具材料有下列幾種：A:A:高速鋼高速鋼 B:B:燒結(jié)式碳化物燒結(jié)式碳化物 ( ( 硬質(zhì)

2、合金硬質(zhì)合金) ) C:陶瓷刀具陶瓷刀具 D: 多晶鑽石刀具多晶鑽石刀具 CBN刀具刀具 、鍍層鍍層- -由於工程材料不斷持續(xù)的發(fā)展，在1960年之後，陸續(xù)開發(fā)出新一代的合金材料。這些新材料不僅有高強度，而且具有高磨損性甚至有極高的化學(xué)性質(zhì)，在切削時會與切削刀具產(chǎn)生化學(xué)作用造成侵蝕現(xiàn)象。除此之外，在時間及成本降低的要求下，高速切削正逐漸被人們廣泛的接受。因此以往的刀具材料已不敷人們的需求。在因應(yīng)如此嚴格的需求下，發(fā)展出刀具材料再加上鍍層保護。具有鍍層保護的刀具其壽命將近是一般沒有鍍層刀具的10倍，常見的刀具鍍層有下列幾種： A:uncoated 未鍍層未鍍層B:B:TiN 氮化鈦氮化鈦 C:C

3、:TiCN 氮碳化鈦氮碳化鈦 D:D:TiAlN 氮鋁鈦氮鋁鈦 E:E:Al2O3 氧化鋁氧化鋁刀具材料刀具材料& &鍍層與加工時間鍍層與加工時間碳鋼碳鋼 高速鋼高速鋼 鑄造合金鑄造合金超硬合金超硬合金 新超硬合金新超硬合金 鍍層鍍層 雙鍍層雙鍍層 複合鍍層複合鍍層 加工時間加工時間年代年代1002615631.5 1 0.71900,10,20,30,40,50,60,70,80下面的圖表顯示出自1900年後至今，由於刀具技術(shù)的發(fā)展使得切削時間縮短了100倍。而在1960年之後，因為鍍層刀具的出現(xiàn)，縮短了4倍的加工時間。刀具之能切削金屬的基本要件乃為刀具須比被切削材硬，且被切削材要有足夠之力

4、量予以固定，以使刀具施力時能切入工件。這些要件滿足後其次就是有足夠之動力以克服工件材料之阻力，除此之外，刀具的幾何形狀也會影響實際的切削效果甚至結(jié)果。選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀慰梢栽黾拥毒叩膲勖?、維持加工精度、減少切削之動力等等。常見之刀具相關(guān)幾何如下： 、刀具刃角刀具刃角 、排屑槽排屑槽 、過中心、未過中心刀具過中心、未過中心刀具 、刀刃數(shù)目刀刃數(shù)目刀刀 具具 幾幾 何何刀具刀具刀具刀具刀具刀具工件工件工件工件工件工件切屑切屑切屑切屑切屑切屑正斜角正斜角零斜角零斜角負斜角負斜角斜角的改變可由正值變化到負值，如下圖所示。以切削力與所需之動力來看，正斜角所形成的刀尖角度較小，刀具能夠輕易切入工件，而且切

5、屑流出排除順暢，可減少切削壓力，所以切削效率較大。但太大的正斜角形成尖銳的刀尖，故刀口較脆弱易於磨耗或崩裂。負斜角則反之具有較強之切刃，刀口強度較大適合切削高強度的材料。刀具刃角刀具刃角斜角斜角Rake Angle螺旋角螺旋角Helix AngleFHFVF此為銑刀之刀槽成螺旋狀，可分為左螺旋及右螺旋兩種，如下。在切削時當(dāng)刃刃進入工件時，如右下圖切削力 F 會瞬間增至最大，當(dāng)?shù)度须x開工件時，切削力急速降低，此為造成切削時發(fā)生震動的原因。螺旋角此時的作用可避免切削力過於集中某個方向，讓切削力分散於其他兩個方向-水平分力FH以及垂直分力FV。當(dāng)螺旋角越小時，水平分力FH會變大，造成切削時刀具擺動；

6、螺旋角越大時，垂直分力FV會變大，在切削時要是挾持刀具的力量不夠時，刀具可能會從刀把中脫離，當(dāng)?shù)毒咴诟咚傩D(zhuǎn)時這是非常危險的。常見的螺旋角有30、38、45、60。右旋切削及右旋切削及 右螺旋角銑刀右螺旋角銑刀左旋切削及左旋切削及 左螺旋角銑刀左螺旋角銑刀適中適中太大太大太小太小 切削加工中切屑之排出，理想的切屑處理狀況是切屑流出時不致干擾或刮傷工件表面或撞擊刀具和傷害到工作者，所以切屑要能夠自然斷裂成小碎段並且排出至其他地方。故切屑之控制不僅要考慮切屑的流向，而且須使切屑自動斷裂。為達到此要求，一般會在刀頂面上作一種設(shè)計，能夠自動限制切屑長度的機構(gòu)稱之為排屑槽或斷屑槽Chip Breaker

7、。其目的為使切屑能夠急速捲曲，藉捲曲的應(yīng)力迫使切屑斷裂。一般的排屑槽設(shè)計如右下： 槽寬槽寬W：使產(chǎn)生切屑時形成捲曲，若槽寬太大，則捲曲半徑較大，產(chǎn)生的捲曲應(yīng)力不足以 折斷切屑；若太小，則反之，產(chǎn)生之應(yīng)力過大時，易使切刃崩裂。 槽深槽深H：影響切屑流出的穩(wěn)定性，若太深則切屑流向槽肩時之捲曲所需的力量較大，易引起刀刃破裂；若太淺則切屑可能未流至槽肩時即自行離去，使切屑流向不易控制。 槽肩槽肩R：為切屑由斷屑槽捲起作用之部位，關(guān)係捲起時之順暢與否，直接影響捲曲力之大小，若半徑太大則切屑易滑上，捲曲應(yīng)力可能不足以將切屑折斷；若半徑太小，切屑易被堵塞滑上不易，將產(chǎn)生極大的擠壓應(yīng)力。排排 屑屑 槽槽排屑槽

8、之寬度排屑槽之寬度排屑槽之構(gòu)造排屑槽之構(gòu)造 過中心、未過中心刀具捨棄式圓鼻刀在製作時，通常刀具直徑D 會比刀刃R 角大上許多，所以在其底部中間的位置刀刃會未過中心而出現(xiàn)無刀刃區(qū)域，也就是說這個區(qū)域無切削能力，如左下圖。當(dāng)碰到在加工孔或凹槽形狀的工件時，這時會發(fā)生右下圖的加工問題。雖然刀具的大小可以進入這些區(qū)域，但是因為刀刃未過中心，所以刀刃會切削不到中間的料而留下圖中黃色柱狀的餘料，隨著越往深處加工，此餘料的高度會增加，最後撞到刀具的底部造成刀具損壞。而過中心刀具則是其刀刃過中心，所以沒有這樣的問題，因此又稱鑽孔刀具。無刀刃區(qū)域無刀刃區(qū)域未過未過中心中心過中心過中心 刀刃數(shù)目刀刃數(shù)目銑刀的刀刃

9、數(shù)目與切削效果的關(guān)係會受工件材料，銑刀形狀以及加工面光度等等之影響而異，刃數(shù)較多之銑刀，因有較多之切刃產(chǎn)生切削作用，故可獲得更光潔平滑之加工面，不過因為無充分之切屑空間以容納切屑，易受切屑之干擾，且刀刃之強度會較弱。所以一般粗切削，高進給，尤其是較軟之材料時，需有較大的切屑空間，而提供切屑空間的最佳方法，即是減少刃數(shù)、增大刀刃，不僅能加大切屑空間，亦可增大刀刃之強度，而且銑刀之再研磨次數(shù)與壽命也可增加。因此考慮加工方法時，重及粗切削宜選用刃數(shù)少、粗齒之銑刀；細及精加工宜選擇刃數(shù)多、較細齒之銑刀。 、依幾何形狀區(qū)分依幾何形狀區(qū)分 a、端銑刀端銑刀 b、球刀球刀 c、圓鼻刀圓鼻刀 、依刀具結(jié)構(gòu)區(qū)分

10、、依刀具結(jié)構(gòu)區(qū)分 a、捨棄式刀具捨棄式刀具 b、整體式刀具整體式刀具 銑刀種類銑刀種類R=0D端銑刀之外形如右圖所示，銑刀之外緣及底面均有銑齒以構(gòu)成切刃，所以可以用來銑削工件之垂直面以及垂直面。端銑刀之刀形變化非常複雜，適用於各類加工，如：銑平面、溝槽或輪廓面等等，可說是被運用最為廣泛的一種銑刀。一般來說端銑刀非常適用於2D形狀的工件，但是應(yīng)用於3D形狀的模具加工時，就不是那麼的適用。我們就以下原因說明端銑刀應(yīng)用於模具加工時所發(fā)生的問題：一、如右圖框框所指出的區(qū)域，你可以看到此處為一尖點。所 以甚為脆弱，一但此處尖點崩壞，那麼銑刀壽命也就隨之完結(jié)。所以端銑刀的壽命不甚穩(wěn)定。二、在銑削2D形狀的

11、工件時，由於與工件接觸的區(qū)域為外緣與底面，所以不論是刀間距或是切削深度都可以使用極有效率的數(shù)值。反之如果用於銑削3D形狀的模具時，你可以發(fā)現(xiàn)與工件接觸的區(qū)域幾乎都是靠近尖點的部位，所以你必須要減少刀間距或是切削深度，因此加工效率降低。A、端刀端刀所以在模具加工中，端銑刀一般會被用來加工模具中的2D區(qū)域，如：垂直面以及水平面或是模具中尖角的區(qū)域會用端銑刀將之加工出來。而在傳統(tǒng)方式的模具加工中，端銑刀也會被用來作粗加工。下面圖示為端銑刀的實際加工範(fàn)例。銑削袋形工件銑削袋形工件銑削溝槽銑削溝槽輪廓加工輪廓加工銑削垂直壁銑削垂直壁DRD=2R如左圖所示，底部刀刃為一球形狀的銑刀為球刀。球刀在目前的模具

12、加工使用上相當(dāng)?shù)念l繁，尤其是在銑削3D的模具時，球刀更是不可缺少的工具。與前者端銑刀比起來，因為球刀沒有像端銑刀底部為尖點的刀刃，而是帶有R角的刀刃，所以球刀的刀刃更為強壯，不易崩壞；換句話說，球刀的壽命會比端銑刀更為穩(wěn)定。除此之外，球刀與工件接觸的區(qū)域為R角的刀刃，因此在精加工時刀間距可用更大的數(shù)值，加工面也有極佳的效果。因此不論是刀具壽命或是加工效率，球刀在模具加工上是不錯的選擇！不過同樣的，球刀在模具加工時也會遭遇一些問題。在銑削3D模具時球刀雖然與工件接觸的區(qū)域為R角的刀刃，但是實際的接觸位置卻會隨著工件的形狀而改變，這樣的差異會帶來以下的影響：B 球形刀球形刀球刀在模具加工中最常用來

13、銑削3D的模具，尤其是在精加工以及清角加工時，但不適合用於銑削較平坦之區(qū)域，因與工件接觸面積小，無法加大刀間距。下面圖示為球刀的實際加工範(fàn)例。精加工精加工粗加工粗加工C 圓鼻刀圓鼻刀DRD2R在銑削3D模具時，圓鼻刀還有另外一項優(yōu)點是使用球刀所比不上的。球刀本身會隨著與工件接觸的位置不同，切削速度而有非常大的變化，所以加工面品質(zhì)不穩(wěn)定。圓鼻刀雖然也有這樣的情形，不過它的切削速度的變化並不像球刀那樣有極大的變化。因此使用圓鼻刀加工的工件，品質(zhì)當(dāng)然穩(wěn)定。以下說明圓鼻刀切削速度穩(wěn)定的原因。除此之外，圓鼻刀比球刀、端銑刀有更佳的加工效率，尤其是在粗加工時。因為圓鼻刀底部是平的，圓鼻刀的水平刀間距可以用

14、的比球刀更大。在精加工時，它同樣擁有與球刀一樣的優(yōu)點，所以刀間距也可以可用更大的數(shù)值。因此圓鼻刀不論是用於粗加工以至於精加工，都是非常合適的選擇。如左下圖所示，圓鼻刀的外型與端銑刀類似，均為平坦的底部設(shè)計，所不同的是圓鼻刀的底部為帶有R角的刀刃而不是尖點的刀刃，所以刀刃的強度比端銑刀好，不易崩壞，因此刀具的壽命會比端銑刀要好。左下圖為使用圓鼻刀進行粗加工，用圓鼻刀粗加工的好處為其水平刀間距可以使用的很大，所以粗加工效率遠比球刀來的好；而右下圖則為用圓鼻刀精加工，圓鼻刀的優(yōu)點就是切削速度變化穩(wěn)定，所以你可以看到在精加工後工件的表面呈現(xiàn)出金屬在被切削後的光亮。此種形式刀具，顧名思義，即銑刀之刀刃部

15、分為可更換的設(shè)計。通常在設(shè)計上分為刀座以及刀片兩部分，刀片即為銑刀中的刀刃用來切削工件，而刀座則做為固定或支撐刀片。刀座的直徑即決定銑刀的大小，此外，刀座也可作成多刃的設(shè)計。刀片部分則有許多形狀，材質(zhì)等變化。使用者可以視不同的加工情況更換適合的刀片，刀片上所有切刃都使用磨耗後，刀片即拋棄而不重磨，只需更換新的刀片。所以刀具成本、使用彈性為其優(yōu)點。下列圖示為捨棄式刀具。一、捨棄式刀具一、捨棄式刀具捨棄式圓鼻刀捨棄式圓鼻刀捨棄式球刀捨棄式球刀圓鼻刀圓鼻刀球刀球刀端銑刀端銑刀整體式刀具為刀刃與刀體為一體的設(shè)計，銑刀上之刀刃與銑刀身皆由同一材料所製成，所以在精度以及刀刃的強度上整體式刀具會比捨棄式刀具

16、來的高，但是相對的製作刀具的材料成本就會提高，而且刀刃在磨耗後需再重新研磨才可再使用。另外因為考慮刀刃的強度以及製作上的難度，在製作10mm以下的捨棄式刀具極為不易，所以一般10mm以下的銑刀都為整體式刀具。下列圖示為整體式刀具。二、整體式刀具二、整體式刀具 刀具的夾持o 銑刀之形式、種類甚為繁多，故銑刀挾持方式亦視銑刀之形銑刀之形式、種類甚為繁多，故銑刀挾持方式亦視銑刀之形式、種類等之不同而異。銑刀之挾持是否適合與正確，所直接影式、種類等之不同而異。銑刀之挾持是否適合與正確，所直接影響的就是銑削的過程與結(jié)果，諸如工作之精度、銑刀之壽命響的就是銑削的過程與結(jié)果，諸如工作之精度、銑刀之壽命等。等

17、。銑刀挾持的精準(zhǔn)度可與量具的精準(zhǔn)度相比，故應(yīng)重視及了解其正銑刀挾持的精準(zhǔn)度可與量具的精準(zhǔn)度相比，故應(yīng)重視及了解其正確之使用，以期能精準(zhǔn)的將銑刀裝於機臺上從事銑削工作。銑刀確之使用，以期能精準(zhǔn)的將銑刀裝於機臺上從事銑削工作。銑刀之挾持方式大致上可分為下列幾種：之挾持方式大致上可分為下列幾種： a、側(cè)固式、側(cè)固式 b、筒夾式、筒夾式 c、倍力式、倍力式 d、牙固式、牙固式 e、熱縮式、熱縮式 f 、緊固式、緊固式 g、精密夾頭、精密夾頭側(cè)固式側(cè)固式o 具有極高之挾持力，故常用於重切削之場合，適用於傳統(tǒng)加工方式或傳統(tǒng)機臺之粗重切削。不過缺點為挾持精準(zhǔn)度低，挾持後之刀具同心度偏擺極高，所以不適用於精加

18、工或高速加工之銑削。筒夾式筒夾式o 此為最常使用之挾持銑刀方式，因為只需更換筒夾就可以變換不同之挾持範(fàn)圍，所以從經(jīng)濟上考量是不錯的選擇。不過正因為如此的設(shè)計，所以其挾持力不高，不適合做重切削，而且挾持後之刀具同心度偏擺 雖然比側(cè)固式佳，但是因為筒夾品質(zhì)的關(guān)係仍有將近0.01mm的誤差 油壓式油壓式o 此挾持方式利用加壓液體所產(chǎn)生之力量以挾持銑刀，由於液體具有流動之特性，能均勻與刀具接觸產(chǎn)生緊密之接合，所以挾持力高而且挾持後之刀具同心度偏擺誤差甚小，在0.005mm以內(nèi)。不過由於構(gòu)造複雜，所以價格昂貴，此外其液壓系統(tǒng)甚為脆弱在使用時需格外小心使用避免損壞。牙固式牙固式 利用鎖牙的方式將銑刀以及刀把作結(jié)合，使用者只需要針對螺牙的大小就可更換銑刀的種類以及適合的大小。由於是用鎖牙的方式來固定銑刀，所以挾持極為穩(wěn)固，相當(dāng)適合用於粗加工，此外其刀具同心度偏擺誤差與筒夾式相當(dāng)，也適合用於精加工 熱縮式熱縮式o 利用熱脹冷縮的原理將銑刀及刀把作緊密的結(jié)合。使用時須將刀把挾持銑刀的部位加熱使之張開，然後趁張開的同時將銑刀放入，待冷卻後其收縮並固定銑刀。此挾持方式所產(chǎn)生之挾持力量非常高可使刀把及銑刀整體的剛性更加穩(wěn)固之外，其刀具同心度偏擺誤差更可達到0.003mm，因此不僅適用於粗加工，用於精加工更是最佳的選擇。比較o刀具同