任务2.3刀具材料

1、2 23 3 数控刀具数控刀具1. 刀刀具材料应具备的性能具材料应具备的性能 1）较高的硬度）较高的硬度 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，以便在高刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，以便在高温状态下依然可以保持其锋利。通常常温状态下，刀具材料温状态下依然可以保持其锋利。通常常温状态下，刀具材料的硬度都在的硬度都在60HRC以上。以上。2）较好的耐磨性）较好的耐磨性 在通常情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。在通常情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料组织中碳化物越多、颗粒越细、分布越均匀，其刀具材料组织中碳化物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐磨性也越高。耐磨性也越高。

2、 3）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性 刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力，因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。在工艺上，力，因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。在工艺上，一般采用刀具材料的抗弯强度表示刀片的强度大小；用冲击韧一般采用刀具材料的抗弯强度表示刀片的强度大小；用冲击韧性表示刀片韧性的大小。刀片韧性的大小反映出刀具材料抗脆性表示刀片韧性的大小。刀片韧性的大小反映出刀具材料抗脆性断裂和抗崩刃的能力。性断裂和抗崩刃的能力。4）良好的耐热性和导热性）良好的耐热性和导热性 耐热性表示刀片在高温状态下保持其切削性能的

3、能力。耐耐热性表示刀片在高温状态下保持其切削性能的能力。耐热性越好，刀具材热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。另外，刀片材料的导热性也是表示刀具使用性能的力也越强。另外，刀片材料的导热性也是表示刀具使用性能的一个方面。导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，一个方面。导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损刀具，抗变形的能力从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损刀具，抗变形的能力也越强。也越强。5）良好的加工工艺性和经济性）良好的加工工艺性和经济性 刀片的加工工艺性主要反映在其成型和刃磨

4、的能力刀片的加工工艺性主要反映在其成型和刃磨的能力上，包括锻压、焊接、切削加工、热处理、可磨性等。上，包括锻压、焊接、切削加工、热处理、可磨性等。刀具材料种类很多，常用的有：1)工具钢：碳素工具钢（如T10A、T12A） 、合金工具钢（如9SiCr、CrWMn）和高速钢，前两者因耐热性很差，仅用于手工工具；2)硬质合金；3)陶瓷；4)(天然和人造)金刚石；5)立方氮化硼。2、 高速钢刀具材料及用途高速钢刀具材料及用途.构 成加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 特 性 有较高的热稳定性，较高的强度、韧性、硬度和耐磨性，但耐热性和耐磨性比硬质合金差； 其制造工艺简单用 途 制造形状

5、复杂的刀具，如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等； 也可制造一般的车刀、铣刀等。 当高速切削时温度升到当高速切削时温度升到600 时高速钢硬度降至时高速钢硬度降至50HRC以下，切削以下，切削性能降低甚至无法切削工件，所以高速钢刀具不应高速切削工件。之所以性能降低甚至无法切削工件，所以高速钢刀具不应高速切削工件。之所以称其为高速钢，其称其为高速钢，其“高速高速”是相对于合金工具钢刀具而得名。是相对于合金工具钢刀具而得名。提示提示12、 常用硬质合金牌号、性能及用途常用硬质合金牌号、性能及用途.构 成性 能 特点 是由含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的难熔金属碳化物（如WC、TiC

6、）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。 硬度、耐磨性和耐热性都很高；在8001000 C还能承担切削； 耐用度较高速钢高几十倍，切削速度可提高410倍。 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。 常用硬质合金牌号、性能及用途常用硬质合金牌号、性能及用途.用 途 切削性能优良，被广泛用作刀具材料：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。 常用硬质合金牌号、性能及用途常用硬质合金牌号、性能及用途 钨钴类（钨钴类（YG类）类） 常用牌号：常用牌号：YG3、YG3X、YG6、YG8; （数字表示含钴量：如：数字

7、表示含钴量：如：YG3的含钴量为的含钴量为0.3、YG8的含钴量为的含钴量为0.8，含钴量越高，刀具材料的抗弯强，含钴量越高，刀具材料的抗弯强度就越大，但硬度和耐磨性下降）。度就越大，但硬度和耐磨性下降）。 性能特点性能特点：抗弯强度高，耐冲击；材料的导热性能好抗弯强度高，耐冲击；材料的导热性能好，有利于降低切削区的切削温度；但硬度和耐热性比有利于降低切削区的切削温度；但硬度和耐热性比YT类类硬质合金低。硬质合金低。 用途用途：常用于常用于铸铁铸铁、不锈钢、高温合金和有色金属工、不锈钢、高温合金和有色金属工件材料的切削加工。件材料的切削加工。 常用硬质合金牌号、性能及用途常用硬质合金牌号、性能

8、及用途 钨钛钴类（钨钛钴类（YT类）类） 常用牌号：常用牌号：YT5、YT15、YT30。 （数字表示含钛量：如：（数字表示含钛量：如：YT5的含钛量为的含钛量为0.05、YT30的含钛量为的含钛量为0.3） 性能特点：性能特点：硬度、耐磨性和耐热性比硬度、耐磨性和耐热性比YG类硬质合金高，但材类硬质合金高，但材料的料的抗弯强度低，不耐冲击抗弯强度低，不耐冲击。 用途：用途：常用于常用于一般钢料一般钢料的工件材料的切削加工，适用于切削的工件材料的切削加工，适用于切削比较平稳的场合。比较平稳的场合。 由于由于YT类硬质合金材料中含有钛合金元素，切削温度类硬质合金材料中含有钛合金元素，切削温度较高

9、时，容易与工件材料中的钛元素较高时，容易与工件材料中的钛元素发生亲和现象发生亲和现象，造成刀造成刀具表面上的钛元素的流失而加剧刀具的磨损，故具表面上的钛元素的流失而加剧刀具的磨损，故YT类硬质类硬质合金不能用来切削不锈钢材料合金不能用来切削不锈钢材料。 3 其它刀具材料其它刀具材料. 涂层刀具材料构 成特 性 在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。 常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。 有较高的耐磨性和抗磨能力； 摩擦系数低，可降低切削时的切削力及切削温度， 可提高刀具的耐用度（提高硬质合金耐用度13倍，高速钢刀具耐用度210倍

10、）。 但也存在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。 其它刀具材料其它刀具材料 特特 性性人造金刚石 很适于精密加工。但其热稳定性差，切削温度不宜超过700800； 强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削；与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。 用 途 主要用于磨具和磨料； 对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗孔； 加工铝合金、铜合金时，切削速度可达8003800m/min。 。其它刀具材料其它刀具材料立方氮化硼立方氮化硼（CBN）硬度与耐磨性仅次于金刚石；一般用于高硬度、难加工材料的精加工。 二二 常用刀具种类常用刀具种类 （1）切刀）切刀：车刀、刨刀、插刀、镗刀。

11、（2）孔加工刀具）孔加工刀具：钻头、扩孔钻、铰刀。 （3）拉刀）拉刀:圆孔拉刀、花键拉刀、平面拉刀、单键拉刀。 （4）铣刀）铣刀：圆柱形铣刀、面铣刀、立铣刀、锯片铣刀 。（5）螺纹刀具）螺纹刀具：丝锥、板牙、螺纹切刀。 （6）齿轮刀具）齿轮刀具：齿轮铣刀、齿轮滚刀、插齿刀 。1、常用车刀1）、）、90 外圆车刀外圆车刀 主要用来车削外圆、阶台和端面。2）、45 车刀 。 主要用来车削外圆、端面和倒角主要用来车削外圆、端面和倒角3）、切断刀用于切断或车槽。用于切断或车槽。4）、内孔车刀用于车削内孔。用于车削内孔。5）、成形车刀用于车削成形面。用于车削成形面。6）、螺纹车刀用于车削各种螺纹。用于车

12、削各种螺纹。7）、硬质合金可转位车刀 1、刀杆、刀杆 2、夹紧装置、夹紧装置 3、刀片、刀片 4、刀垫、刀垫2.常用铣刀的种类铣刀的类型及应用1.按用途不同可分为 圆柱铣刀表面上有直线或螺旋线切削刃，无副刃，一般整体高速钢，也可镶焊硬质合金刀片。用于卧式铣床上加工不大的平面。铣刀的类型及应用圆柱铣刀 面铣刀（端铣刀）主刃分布在圆柱式圆锥表面上，端面为副刃，可做成高速钢和硬质合金两类。用于卧式，立式铣床上加工台阶和大平面。效率高，适用于大批大量生产。铣刀的类型及应用面铣刀 立铣刀由3-4个刀齿组成，圆柱面上为主刃，端面为副刃，只能径向进给。主要用于立式铣床加工凹台阶面。小平面，也可用靠槽加工成形

13、面。立铣刀铣刀的类型及应用 盘铣刀：两面刃，加工台阶面；三面刃（可分为直齿、错齿和镶齿三种） ，加工槽；槽铣刀，加工凹槽，卧式铣床盘铣刀铣刀的类型及应用槽铣刀T形槽铣刀燕尾槽铣刀铣刀的类型及应用锯片铣刀：切断、加工窄槽，用于卧式铣床。锯片铣刀铣刀的类型及应用 圆柱面、端面都有刃，可径向也可轴向进给。立式铣床上铣键槽。键槽铣刀卧式铣床上铣半圆键槽。铣刀的类型及应用铣对称V形槽角度铣刀铣不对称V形槽单角铣刀双角铣刀铣刀的类型及应用成形铣刀铣刀的类型及应用圆弧成形铣刀齿轮成形铣刀一、铣刀的类型及应用按结构不同可分为整体式焊接式装配式（机夹-焊接式）可转位式铣刀的类型及应用整体式铣刀的类型及应用焊接式

14、铣刀的类型及应用装配式（机夹-焊接式）铣刀的类型及应用可转位式铣刀铣刀的类型及应用3 3、孔加工刀具、孔加工刀具 孔加工刀具孔加工刀具 麻花钻麻花钻用途：在工件上加工出孔，也可用于加工攻丝、绞孔、 镗 孔、磨孔时的预制孔。孔加工刀具孔加工刀具 扩孔钻扩孔钻扩孔钻的刀齿数一般为34个，且没有横刃，故不能用来钻孔用途：对工件上已有孔（已铸出孔、钻出孔等）进行再加工，以扩大原有孔或提高原有孔的加工精度和表面质量。图： 扩孔钻孔加工刀具孔加工刀具 锪钻及加工示意图锪钻及加工示意图-是指在已加工的孔上加工圆柱形沉头孔、锥形沉头孔和凸台断面等。目的是为了保证孔口与孔中心线的垂直度，以便与孔连接的零件位置正

15、确，连接可靠。a)带导柱平底锪钻 b)锥面锪钻 c)端面锪钻孔加工刀具孔加工刀具 绞刀绞刀用途：用于对中小直径孔的精加工，精绞后，孔的表面粗糙度可达 1.60.8 m ；还可用来加工锥销孔绞孔工艺：钻孔扩孔粗绞精绞 图： 绞刀的种类(a)直柄机用铰刀(b)锥柄机用铰刀(c)硬质合金锥柄机用铰刀(d)手用铰刀(e)可调节手用铰刀(f)套式机用铰刀(g)直柄莫式圆锥铰刀(h)手用1:50锥度铰刀1.1.镗刀的种类镗刀的种类: :单刃镗刀：单刃镗刀：多刃镗刀：多刃镗刀：2.2.镗削的应用镗削的应用特别适合加工孔和孔系特别适合加工孔和孔系加工端面、内环槽、成形面加工端面、内环槽、成形面加工螺纹加工螺纹

16、 齿轮加工刀具齿轮加工刀具展成法利用齿轮的啮合原理来加工齿轮齿轮滚刀 6 6、拉刀、拉刀 拉床只有主运动，结构简单，可一次加工成形，拉床只有主运动，结构简单，可一次加工成形，质量好，效率高，但刀具设计制造复杂，适于大质量好，效率高，但刀具设计制造复杂，适于大批量生产。批量生产。圆孔拉刀圆孔拉刀：1.前柄 2.颈部 3.过渡锥 4.前导部 5.切削齿 6.校准齿 7.后导部 8.后柄2.3.2 2.3.2 刀具几何参数及其选择刀具几何参数及其选择1刀具切削部分组成要素刀具切削部分组成要素 （1）前刀面）前刀面(A) 刀具上切屑流过的表刀具上切屑流过的表面。面。（2 2）主后刀面）主后刀面(A(A

17、) ) 刀具上与过渡表面相刀具上与过渡表面相对的表面。对的表面。 （3 3）副后刀面）副后刀面(A(A) ) 刀具上与已加工表面刀具上与已加工表面相对的表面。相对的表面。 （4）主切削刃(S) 前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的金属切除工作。 （5）副切削刃(S) 前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面。 （6）刀尖 主切削刃与副切削刃的连接处的一小部分切削刃。它分为修圆刀尖和倒角刀尖两类。 刀尖的类型刀尖的类型 a) 切削刃的实际交点切削刃的实际交点 b) 修圆刀尖修圆刀尖 c) 倒角刀尖倒角刀尖 2 2刀具切削部分的几何角度刀具切削部分的几何角

18、度 基面基面( (P Pr r) ) 通过切削刃选定点并垂直于主运动方向的平面。 切削平面切削平面( (P PS S) ) 通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。 正交平面正交平面(P(Po o) ) 正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和 切削平面的平面。 （1）正交平面参考系）正交平面参考系刀具角度坐标系刀具角度坐标系 （2）刀具的主要标注角度）刀具的主要标注角度 前角前角(o o) 前刀面与基面间的夹角。 后角后角(o) 主主后刀面与切削平面间的夹角。楔角楔角(o) 前刀面与后刀面的夹角。 o = 90（o +o） 刃倾角刃倾角(S) 主切削刃与基面间的夹角。主偏角（主

19、偏角（r） 主切削平面与假定进给运动方向之间的夹角，总为正值。主偏角的大小影响切削条件和刀具寿命。车刀常用的主偏角有45、60、75和90四种。 副偏角副偏角(r) 副切削平面与假定进给运动反方向间的夹角。其大小主要影响表面粗糙度。 刀尖角刀尖角(r) 主切削平面与副切削平面间的夹角。 r = 180（r +r） 前角0前刀面与基面间的夹角 前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。后角0主后刀面与切削平面间的夹角 增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。PoPrPso0 r已 加 工 面加 工 面待 加 工 面r主偏角r主切削刃与进给方向间的夹角

20、 影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少r，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。副偏角r副切削刃与进给方向间的夹角 影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少r，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量。车刀的主要角度车刀的主要角度主偏角、副偏角对残留面积的影响（1 1）前角的选择）前角的选择 前角主要影响切屑变形和切削力的大小以及刀具耐用度和加工表面质量的高低。 前角增大，可以使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热低，加工表面质量高。 但前角过大，刀具强度降低，耐用度下降。前角减小，刀具强度提高，

21、切屑变形增大，易断屑。 但前角过小，会使切削力和切削热增加，刀具耐用度也随之降低。 3刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择前角前角选择原则工件材料：工件材料：工件的强度、硬度低应选较大的前角，反之取较小前角；加工特硬材料或高强度钢（如淬火钢）应选很小前角甚至负前角。刀具材料：刀具材料：刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较高时应选较大前角。如高速钢刀具比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的前角则应更小一些。加工过程加工过程：粗加工、半精加工切削选用较小的前角；精加工选用较大的前角。当工艺系统刚性差和机床功率小时当工艺系统刚性差和机床功率小时选较大前角，以减小切削力和振动；数控机床和自动线用刀具，为了保证

22、刀具稳定（不崩刃及破损）一般使用的刀具前角比较小或零度前角。 后角的主要功用是减小主后刀面与过渡表面层之间的摩擦，减轻刀具磨损。后角减小，可以使主后刀面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差。后角增大，则摩擦减小，也减小了刃口钝圆半径，对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强度和散热情况变差。 （2 2）后角的选择）后角的选择工件材料：工件材料：工件硬度、强度较高时选用较小的后角，以增加切削刃强度；工件塑性、韧性较大时选用较大的后角，减小刀具后刀面的摩擦。加工过程加工过程：粗加工、半精加工切削时，为强化切削刃，应选用较小的后角；精加工、连续切削时，刀具的磨损主要发生

23、在刀具后刀面，应选用较大的后角。 当工艺系统刚性差当工艺系统刚性差，易出现振动时选较小的后角。 后角选择原则后角选择原则（3 3）主偏角的选择）主偏角的选择 主偏角可影响刀具耐用度、已加工表面粗糙主偏角可影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力度及切削力的大小。主偏角较小，则刀头强度高，散热条件好，已加工的大小。主偏角较小，则刀头强度高，散热条件好，已加工表面残留面积高度小，参加切削的主切削刃长度长，作用在表面残留面积高度小，参加切削的主切削刃长度长，作用在主切削刃上的平均切削负荷小。但背向力大，切削厚度小，主切削刃上的平均切削负荷小。但背向力大，切削厚度小，断屑效果差。断屑效果差。 工件材料

24、：工件材料：加工很硬的材料如淬硬钢和冷硬铸铁时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取r=1030，工艺系统刚性好的取小值，反之取大值。加工过程加工过程：使用硬质合金刀具进行精加工时，应选用大的主偏角。当工艺系统刚性低（如车细长轴、薄壁筒）时当工艺系统刚性低（如车细长轴、薄壁筒）时，应取较大的主偏角，甚至取r90，以减小背向力Fp，从而降低工艺系统的弹性变形和振动。单件小批生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有表面用一两把车刀加工出工件上所有表面，则主偏角应选为r=45 或90 ，提高刀具的通用性。主偏角选择原则主偏角选择原则（4 4）副偏角的选择）副偏角的选择 副偏角的功能在于减小副切削刃与已加工表面的摩副偏角的功能在于减小副切削刃与已加工表面的摩擦。减小副偏角可以提高刀具强度，改善散热条件，可擦。减