刀具基本知識

切削刀具基本知識一.刀具種類二.刀具材料三.刀具選用四.刀具磨損的形態(tài)及其原因五.刀具磨損過程、磨鈍標準及刀具壽命六.刀具的破損七.刀具的狀態(tài)監(jiān)控八.刀具耐用度(刀具壽命)的選擇原則九.影響刀具耐用度Ｔ因素一、刀具種類

（一）刀具分類

由于機械零件的材質、形狀、技術要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求進行加工的刀具具有不同的結構和切削性能。因此，生產中所使用的刀具的種類很多。刀具常按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和磨具等幾大類型。刀具還可以按其它方式進行分類，如按所用材料分為高速鋼刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等；按結構分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復合刀具等；按是否標準化分為標準刀具和非標準刀具等。（二）常用刀具簡介

1.車刀

車刀是金屬切削加工中應用最廣的一種刀具。它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內孔，也可用于切槽和切斷等。車刀在結構上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機械夾固刀片的車刀。機械夾固刀片的車刀又可分為機床車刀和可轉位車刀。機械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現(xiàn)代生產中應用越來越多。2.孔加工刀具

孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上已有孔進行再加工的刀具，常用的有擴孔鉆、鉸刀及鏜刀等。工作部分（刀體）的前端為切削部分，承擔主要的切削工作，后端為導向部分，起引導鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分。3.銑刀

銑刀是一種應用廣泛的多刃回轉刀具，其種類很多。按用途分有：1）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀等；2）加工溝槽用的，如立銑刀、T形刀和角度銑刀等；3）加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它復雜成形表面用的銑刀。銑削的生產率一般較高，加工表面粗糙度值較大。4.拉刀

拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應用于大批量生產中，可加工各種內、外表面。拉刀按所加工工件表面的不同，可分為各種內拉刀和外拉刀兩類。使用拉刀加工時，除了要根據(jù)工件材料選擇刀齒的前角、后角，根據(jù)工件加工表面的尺寸（如圓孔直徑）確定拉刀尺寸外，還需要確定兩個參數(shù)：（1）齒升角af[即前后兩刀齒（或齒組）的半徑或高度之差]；（2）齒距p[即相鄰兩刀齒之間的軸向距離]。5.螺紋刀具

螺紋可用切削法和滾壓法進行加工。6.齒輪刀具齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理，齒輪分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀和指形齒輪刀具等。常用的展成齒輪刀具有插齒刀、齒輪滾刀和剃齒刀等。二、刀具材料刀具切削性能的好壞，取決于構成刀具切削部分的材料、幾何形狀和刀具結構。刀具材料對刀具使用壽命、加工效率、加工質量和加工成本等都有很大影響，因此要重視刀具材料的正確選擇與和合理使用。

（一）刀具材料應具備的性能1、

高的硬度和耐磨性

刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨損的能力，它取決于組織中硬質點的硬度、數(shù)量和分布。2、足夠的強度和韌性為了承受切削中的壓力沖擊和韌性，避免崩刀和折斷，刀具材料應具有足夠的強度和韌性。3、高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性得能力。4、良好的工藝性為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性。如，切削加工性、鑄造性、鍛造性和熱處理性等。5、良好的經濟性（二）常用的刀具材料目前，生產中所用的刀具材料以高速鋼和硬質合金居多。碳素工具鋼（如T10A、T12A）、工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。高速鋼定義：是一種加入較多的鎢、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。性能：有較高的熱穩(wěn)定性；有較高的強度、韌性、硬度和耐磨性；制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造。是制造鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等的主要材料。分類：按用途分：通用型高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝分：熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。1、通用型高速鋼鎢鋼：典型牌號為W18Cr4V，有良好的綜合性能，可以制造各種復雜刀具。鎢鉬鋼：典型牌號為W6Mo5Cr4V2，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等；磨加工性好，目前各國廣泛應用。2、高性能高速鋼典型牌號為高碳高速鋼9W18Cr4V、高釩高速鋼W6MoCr4V3、鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8和超硬高速鋼W2Mo9Cr4Co8等。適合于加工高溫合金、鈦合金和超高強度鋼等難加工材料。3、粉末冶金高速鋼用高壓氬氣或氮氣霧化熔融的高速鋼水，直接得到細小的高速鋼粉末，高溫下壓制成致密的鋼坯，而后鍛壓成材或刀具形狀。適合于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀）、精密刀具、磨加工量大的復雜刀具、高動載荷下使用的刀具等。硬質合金

由難熔金屬化合物（如WC、TiC）和金屬粘結劑（Co）經粉末冶金法制成。

硬質合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料（約占50%）。如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等。

具有高耐磨性和高耐熱性，但抗彎強度低、沖擊韌性差，很少用于制造整體刀具。它還可用于高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。ISO將切削用的硬質合金分為三類：1、

YG(K)類，即WC-Co類硬質合金2、

YT(P)類，即WC-TiC-Co類硬質合金3、

YW(M)類，即WC-TiC-TaC-Co類硬質合金（三）其它刀具材料1、

涂層刀具2、

陶瓷：硬度高、耐用度高，還可用于沖擊負荷下的粗加工，切削效率顯著提高。3、

金剛石4、

立方氮化硼三、刀具選用1.刀具種類的選擇

刀具種類主要根據(jù)被加工表面的形狀、尺寸、精度、加工方法、所用機床及要求的生產率等進行選擇。

2.刀具材料的選擇

刀具材料主要根據(jù)工件材料、刀具形狀和類型及加工要求等進行選擇。3.刀具角度的選擇刀具角度的選擇主要包括刀具的前角、后角、主偏角和刃傾角的選擇。四、刀具磨損的形態(tài)及其原因切削金屬時，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要發(fā)生損壞。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類。前者是連續(xù)的逐漸磨損，屬正常磨損；后者包括脆性破損（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等）和塑性破損兩種，屬非正常磨損。

刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導致切削力加大、切削溫度升高，甚至產生振動，不能繼續(xù)正常切削。因此，刀具磨損直接影響加工效率、質量和成本。刀具正常磨損的形式有以下幾種：

1.前刀面磨損

2.后刀面磨損

3.邊界磨損(前、后刀面同時磨損）

從對溫度的依賴程度來看，刀具正常磨損的原因主要是機械磨損和熱、化學磨損。機械磨損是由工件材料中硬質點的刻劃作用引起的，熱、化學磨損則是由粘結（刀具與工件材料接觸到原子間距離時產生的結合現(xiàn)象）、擴散（刀具與工件兩摩擦面的化學元素互相向對方擴散、腐蝕)等引起的。

(1)磨粒磨損

在切削過程中，刀具上經常被一些硬質點刻出深淺不一的溝痕。磨粒磨損對高速鋼作用較明顯。(2)粘結磨損

刀具與工件材料接觸到原子間距離時產生的結合現(xiàn)象，稱粘結。粘結磨損就是由于接觸面滑動在粘結處產生剪切破壞造成。低、中速切削時，粘結磨損是硬質合金刀具的主要磨損原因。(3)擴散磨損

切削時在高溫作用下，接觸面間分子活動能量大，造成了合金元素相互擴散置換，使刀具材料機械性能降低，若再經摩擦作用，刀具容易被磨損。擴散磨損是一種化學性質的磨損。(4)相變磨損

當?shù)毒呱献罡邷囟瘸^材料相便溫度時，刀具表面金相組織發(fā)生變化。如馬氏體組織轉變?yōu)閵W氏體，使硬度下降，磨損加劇。因此，工具鋼刀具在高溫時均用此類磨損。(5)氧化磨損

氧化磨損是一種化學性質的磨損。

刀具磨損是由機械摩擦和熱效應兩方面因素作用造成的。

1）在低、中速范圍內磨粒磨損和粘結磨損是刀具磨損的主要原因。通常拉削、鉸孔和攻絲加工時的刀具磨損主要屬于這類磨損。

2）在中等以上切削速度加工時，熱效應使高速鋼刀具產生相變磨損、使硬質合金刀具產生粘結、擴散和氧化磨損。五、刀具磨損過程、磨鈍標準及刀具壽命1、刀具磨損過程

隨著切削時間的延長，刀具磨損增加。根據(jù)切削實驗，可得圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線。該圖分別以切削時間和后刀面磨損量VB（或前刀面月牙洼磨損深度KT）為橫坐標與縱坐標。從圖可知，刀具磨損過程可分為三個階段：1.初期磨損階段

2.正常磨損階段

3.急劇磨損階段

2、刀具磨鈍標準

刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用。這個磨損限度稱為磨鈍標準。規(guī)定后刀面上均勻磨損區(qū)的高度VB值作為刀具的磨鈍標準。3、刀具的耐用度（刀具壽命）

一把新刀（或重新刃磨過的刀具）從開始切削至磨損量達到磨鈍標準為止所經歷的實際切削時間，稱為刀具的耐用度，用T分鐘表示。又稱為刀具壽命。六、刀具的破損刀具破損和刀具磨損一樣，也是刀具失效的一種形式。刀具在一定的切削條件下使用時，如果它經受不住強大的應力（切削力或熱應力），就可能發(fā)生突然損壞，使刀具提前失去切削能力，這種情況就稱為刀具破損。破損是相對于磨損而言的。從某種意義上講，破損可認為是一種非正常的磨損。刀具的破損有早期和后期（加工到一定的時間后的破損）兩種。刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損兩種。硬質合金和陶瓷刀具在切削時，在機械和熱沖擊作用下，經常發(fā)生脆性破損。脆性破損又分為：1.崩刀

2.碎斷

3.剝落

4.裂紋破損。七、刀具的狀態(tài)監(jiān)控如前所述，刀具損壞的形式主要是磨損和破損。在現(xiàn)代化的生產系統(tǒng)（如FMS、CIMS等）中，當?shù)毒甙l(fā)生非正常的磨損或破損時，如不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，將導致工件報廢，甚至機床損壞，造成很大的損失。因此，對刀具狀態(tài)進行監(jiān)控非常重要。

刀具破損監(jiān)測可分為直接監(jiān)測和間接監(jiān)測兩種。所謂直接監(jiān)測，即直接觀察刀具狀態(tài)，確認刀具是否破損。其中最典型的方法是ITV（IndustrialTelevision，工業(yè)電視）攝像法。間接監(jiān)測法即利用與刀具破損相關的其它物理量或物理現(xiàn)象，間接判斷刀具是否已經破損或是否有即將破損的先兆。這樣的方法有測力法、測溫法、測振法、測主電機電流法和測聲發(fā)射法等。

八、刀具耐用度(刀具壽命)的選擇原則切削用量與刀具壽命有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定。

比較最高生產率耐用度Tp與最低生產成本耐用度Tc可知：Tc＞Tp。生產中常根據(jù)最低成本來確定耐用度，但有時需完成緊急任務或提高生產率且對成本影響不大的情況下，也選用最高生產率耐用度。刀具耐用度的具體數(shù)值，可參考有關資料或手冊選用。選擇刀具壽命時可考慮如下幾點：

（1）根據(jù)刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。（2）對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選得低些，一般取15—30min。（3）對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。（4）車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些；當某工序單位時間內所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應選得低些。（5）大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來確定。九、影響刀具耐用度Ｔ因素

1、切削用量

切削用量對刀具耐用度Ｔ的影響規(guī)律如同對切削溫度的影響。

切削速度Vc、背吃刀量（切削深度）ap、進給量增大，使切削溫度提高，刀具耐用度Ｔ下降。

Vc影響最大、進給量f其