工程材料与成形工艺基础第十一章2切削刀具及其材料教学幻灯片

2020/9/25
1. 刀具材料应具备的性能
（1）较高的硬度和耐磨性 （2）足够的强度和韧性 （3）较高的耐热性与化学稳定性 （4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等 良好的工艺性
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1）碳素工具钢和合金工具钢
• 碳素工具钢（carbon tool steel） ：含碳
量较高的优质钢(含碳量为0.7%～1.2%，淬火后
3.可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。 2020/9/25
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三、 切削刀具
由工作部分和非工作部分构成。
车刀(turning tools)的工作部分比较简单， 只由切削部分构成，非工作部分就是车刀 的柄部(或刀杆)。
不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部 分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变 而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参 数。
刀具寿命
残留面积高度
表面粗糙度
背向力Fp ，工件易变形
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Fp Ff
Kr’ kr1
kr2
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选择
•之工取艺较系大统值刚。性较好时，主偏角取较小值；反 •粗副加偏工角时大取小大取值决，于精表加面工粗取糙小度值（。5°〜15°)，
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4)刃倾角λs
功用
影响刀头的强度、切削分力和 切屑的流动方向。
避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐 用度；刀杆可重复使用利用率较高。 但结构复杂、不能完全避免由于刃磨 而可能引起刀片的裂纹。
将压制有一定几何参数的多边形刀片，用机械夹固的方法装夹 在标准的刀体上。 1.不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、 硬度和抗弯强度。
2.减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。
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硬质合金的分类
➢钨钴类（WC+Co）；YG,属K类 ➢钨钛钴类（WC+TiC+Co）；YT,属P类 ➢钨钛钽（铌）类硬质合金（WC+TiC+TaC+
（NbC）+Co） :YW，属M类
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4）涂层刀具材料
（1）TiC涂层 （2）TiN涂层
通过气相沉积或其它技术 方法，在韧牲较好的刀具 基体上，涂覆一层耐磨性 好的难熔金属化合物，既 能提高刀具材料的耐磨性， 又不降低其韧性。常用的
a.刀尖安装高低对工作前、后角的影响
❖用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时， ❖如果刀尖高于工件回转轴线，则工作前角
γoe增大，而工作后角αoe减小。
❖如果刀尖低于工件回转轴线，则工作前角
γoe减小，而工作后角αoe增大。
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b.刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
❖当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时
第一层涂TiC，与刀 具基体粘牢不易脱 落。第二层涂TiN, 减少表面层与工件 间的摩擦。
第一层涂TiC, 与刀具 基体粘牢不易脱落。第 二层涂Al203可使刀具表 面具有良好的化学稳定 性和抗氧化性能。
目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiCTiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。
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选择
•加工一般钢料和铸铁，无冲击时： 粗车λs ＝ 0°〜－5°，精车λs ＝ 0°〜+5°； 有冲击时：λs ＝ －5°〜－15°； 特别大时：λs ＝ －30°〜－45°。
•切削加工高强λ度s ＝钢－、3冷0硬°钢〜时－：45°。
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5）刀具安装位置对刀具工作角度的影响
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1.车刀切削部分的组成
1）刀 面
（1)前刀面 刀具上切屑流过的刀面。 （2)主后刀面 刀具上与工件正在被切削加工的表面
（过渡表面）相对的刀面。 （3)副后刀面 刀具上与工件已切削加工的表面相对
的刀面。
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2）刀刃
（1）主切削刃 前刀面与主后刀面在空间的交线。
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2）．高速钢
•多高钨速、钢钼（、h铬ig、hs钒pe等ed合s金te元el素）的是高一合种金加钢入。较 •3.热3G处Pa理，后有硬较度高可的达热6稳3～定6性9HR、C,耐抗磨弯性强、度耐约热
性。切削温度在500～650°C时仍能进行切削。 允许的切削速度为40m／min左右，
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7）立方氮化硼
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➢立方氮化硼（CBN）是一种人工合成
的新型刀具材料，它由六方氮化硼在 高温、高压下加入催化剂转化而成。
➢它有很高的硬度及耐磨性，热稳定
性好，化学惰性大，与铁系金属在 1000℃时不易起化学反应，导热性好， 摩擦系数低。
➢因此可用于高温合金、冷硬铸铁、
淬硬钢等难加工材料的加工。
应当指出，加工一般材料大量 使用的仍是普通高速钢及硬质合金， 只有在加工难加工材料时，才考虑 选用新牌号合金或高性能高速钢， 在加工高硬度材料或精密加工时， 才考虑选用超硬材料。
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二、车刀的种类和结构
车刀是金属切削加工中最简单、使用最广泛 的刀具，它可以在普通车床、转塔车床、立式车 床、自动与半自动车床上，完成工件的外圆、端 面、切槽或切断等不同的加工工序。
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（3）正交平面中测量的刀具角度
前角γO 前刀面与基面之间的夹角。
后角αo 后刀面与切削平面之间的夹角。
说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等 高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑 进给运动的影响等条件下确定的。
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4）刀具角度的选择
1)前角γO
结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。
•定硬性质好合，金耐刀磨具性常好温，硬耐度热为性8达7～80902～HR1A0，00化°学C。稳硬定质性合好金，刀热具稳
允许的切削速度可达100-300m／min，甚至更高，比高速钢刀 具高4～10倍 。
•4～但1弯／曲3和强1度／、2～冲l击／韧4，性工均艺较性高也速不钢如低高，速相钢当。于高速钢的1／ •铣常刀制等成的各刀种柄型(刀式体的)刀上片使，用焊。接或机械夹固在车刀、刨刀、端
涂层(coated)材料有
TiC、TiN、Al203及其复 合材料等, 涂层厚度随刀 具材料不同而异。

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在高温时能产生氧化 膜，与铁基材料摩擦 系数较小，抗粘结性 能好，并能有效降低 切削温度。
硬度高、耐磨性好、 抗氧化性好，切削 时能产生氧化钛膜， 减小摩擦及刀具磨 损。
（3）TiC—TiN复合涂层 （4）TiC-Al203复合涂层
（1）基面中测量的刀具角度
主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给
运动速度vf 方向之间的夹角。
副偏角κr′ 副切削刃在基面上的投影与进给
运动速度vf反方向之间的夹角。
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（2）切削平面中测量的刀具角度
刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。
•它在切削平面内标注或 测量，但有正负之分。 •当主切削刃与基面平行 时λs=0°； •当刀尖点相对基面处于 主切削刃上的最高点时 λs ＞0°；反之λs ≤0°。
➢其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，
易崩刃，所以使用范围受到限制；
➢可用于高强钢、冷硬铸铁等难加工材料半精
加工和精加工。
6）金刚石刀具材料:天然金刚石和人造金刚石
➢人造金刚石：碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨
转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。
➢由于硬度极高（接近HVl0000 ），耐磨性好，切削刃口
•车适刀合、于铣制刀造、结钻构头和、刃插型齿复刀杂、的剃刀齿具刀，、如螺成纹形刀
具和拉刀等。
•常用的牌号有W18Cr4V和W6M05Cr4V2等。 2020/9/25
3）．硬质合金
•(碳硬化质钨合W金C、（碳ca化rb钛idTeisC）、是碳由化高钽硬Ta度C、和碳高化熔铌点N的bC金等属)和碳金化属物粘
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2)后角αo
功用
αo 后刀面与工件的摩擦
后刀面的磨损率
选择
取决于：加工要求、工件材料 及工艺系统刚度。
粗加工或工件材料较硬，后角取较小值；
•工件材料越软、塑性越大，后角越大； •工艺系统刚度较差时，适当减小后角； • 2020/9/25
3)主偏角κr 和副偏角κr′
功用
κr 和κr′ 刀刃强度 ，散热条件
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1－45°弯头车刀；2－90°外圆车刀；3－外螺纹车刀；4－75°外圆车刀；
5－成形车刀；6－90°外圆车刀；7－切断刀；8－内圆切槽刀；9－内螺纹 20车20/刀9/25；10－盲孔镗刀；11－通孔镗刀
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1. 整体式式车刀
切削部分与夹持部分材料 相同，对贵重的刀具材料 消耗较大。
功用
γO
刀刃锋利 ，切屑变形 切削力和切削功率
刀刃和刀尖强度 ，散热体积 刀具寿命
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Pr
γo2
γo1
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选择
取决于：工件材料、刀
具材料及加工要求。
•料工韧件性材好料（塑高性速大钢、）强或度精和加硬工度时低，或应刀取具较材大
前角，
•（反硬之质，合加金工）脆或性粗材加料工或时刀应具取材较料小韧的性前差角。
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1）刀具静止参考系
刀具静止参考系（标注角度参考系）：在设计、制 造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参 考系。 在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
静止参考系中最常用的是正交平面参考系。
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2）正交平面参考系
(1)基面pr