刀具材料及刀具構(gòu)造

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刀具是由切削部分和夾持部分組成。
& ^7 k, E  H/ [, \5 u. V夾持部分是用來將刀具夾持在機(jī)床上的部分，要求它能保證刀具正確的工作位置，傳遞所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并且夾固可靠，裝卸方便。
( c/ N5 k8 d, g/ _( X" Z切削部分是刀具上直接參加切削工作的部分，刀具切削性的優(yōu)劣，取決于切削部分的材料、角度和結(jié)構(gòu)。
一.刀具材料
1.對(duì)刀具材料的基本要求
刀具材料是指切削部分的材料。它在高溫下工作，并要承受較大的壓力、摩擦、沖擊和振動(dòng)等，因此應(yīng)具備以下基本性能。
（1）較高的硬度 刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，常溫硬度一般在60HRC以上。
（2）有足夠的強(qiáng)度和韌性，以承受切削力、沖擊和振動(dòng)。
; K+ a, i7 k) k$ K（3）有較好的耐磨性，以抵抗切削過程中的磨損，維持一定的切削時(shí)間。
8 W( p9 ^3 _& e1 |- `8 Y: Y, [（4）較高的耐熱性，以便在高溫下仍能保持較高硬度，又稱為紅硬性或熱硬性。
（5）有較好的工藝性， 以便于制造各種刀具。工藝性包括鍛造、軋制、焊接、切削加工、磨削加工和熱處理性能等。
: U' {- ?+ q" @6 n; k7 c4 I# e目前尚沒有一種刀具材料能全面滿足上述要求。因此，必須了解常用刀具材料的性能和特點(diǎn)，以便根據(jù)工件材料的性能和切削要求，選用合適的刀具材料。
2. 常用的刀具材料
目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷材料等。
' ^! v  Q9 [4 X1 _（1）碳素工具鋼
* X, B2 |- o1 Z& g& b# W2 g1 e- b含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼，淬火后硬度較高、價(jià)廉，但耐熱性較差。
（2）合金工具鋼
在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成合金工具鋼。常用來制造一些切削速度不高或手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀等。
目前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合金。
4 _; i, m2 H4 m0 t( L9 p2 l, R3 ]（3）高速鋼
它是含W、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼。它的耐熱性、硬度和耐磨性雖低于硬質(zhì)合金，但強(qiáng)度和韌度卻高于硬質(zhì)合金，工藝性較硬質(zhì)合金好，而且價(jià)格也比硬質(zhì)合金低。
: o; t- i: E9 J; X  M6 N. p) SW18Cr4V是國(guó)內(nèi)使用最為普遍的刀具材料，廣泛地用于制造各種形狀較為復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具等。
（4）硬質(zhì)合金
: ?" z4 j; T& _9 h) T. _它是以高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC、TiC等）作基體，以金屬Co等作粘結(jié)劑，用粉末冶金的方法而制成的一種合金。
: i! P7 U: ?5 W特點(diǎn)：它的硬度高，耐磨性好，耐熱性高，允許的切削速度比高速鋼高數(shù)倍，但其強(qiáng)度和韌度均較高速鋼低，工藝性也不如高速鋼。
用途：常制成各種型式的刀片，焊接或機(jī)械夾固在車刀、刨刀、端銑刀等的刀體（刀桿）使用。
$ d$ |9 j( j& W0 d6 r! n國(guó)產(chǎn)的硬質(zhì)合金一般分為兩大類：
一類是由WC和Co組成的鎢鉆類（YG類）；
$ r, ?7 k4 {; J$ z一類是由WC、TiC和Co組成的鎢鈦鉆類（YT類）。
1 x" r+ R" x1 _3 l. P. R8 }% wYG類硬質(zhì)合金韌性較好，但切削韌性材料時(shí)，耐磨性較差，因此它適于加工鑄鐵、青銅等脆性材料。
常用的牌號(hào)有YG3、YG6、YG8等，其中數(shù)字表示Co的含量的百分率。Co的含量少者，較脆較耐磨。
YT類硬質(zhì)合金比YG類硬度高、耐熱性好，并且在切削韌性材料時(shí)較耐磨，但韌性較小，故適于加工鋼件。
+ t5 V/ b- o4 ~2 S; H; |: D! |常用的牌號(hào)有YT5、YT15、YT30”等，其中數(shù)字表示TiC合量的百分率。TiC的含量越多、韌性越小，而耐磨性和耐熱性越高。
6 k$ {+ H) B& p（5）陶瓷材料
& N/ U# @, W, E: W+ j* F它的主要成分是Al2O3，刀片硬度高、耐磨性好、耐熱性高，允許用較高的切削速度，加之Al2O3的價(jià)格低廉，原料豐富，因此很有發(fā)展前途。
1 M, m/ t; m3 q0 C但陶瓷材料性脆怕沖擊，切削時(shí)容易崩刃。我國(guó)制成的AM、AMF、AMT、AMMC等牌號(hào)的金屬陶瓷，其成分除Al2O3外，還含有各種金屬元素，抗彎強(qiáng)度比普通陶瓷刀片為高。
8 l, _' v% ?; O& R3．其他新型刀具材料簡(jiǎn)介
8 X7 ?6 `3 {0 p# o& C* V8 e（1）高速鋼的改進(jìn)
（2）硬質(zhì)合金的改進(jìn)
( G) ]; `6 R' c+ }  O( p7 c4 ?（3）人造金剛石 硬度接近10000HV，而硬質(zhì)合金僅達(dá)1000～2000HV，耐熱性為700～800℃。聚晶金剛石大顆粒可制成一般切削工具，單晶微粒主要制成砂輪。
金剛石除可以加工高硬度而且耐磨的硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃等外，還可以加工有色金屬及其合金。
2 u# ?) z* B$ v金剛石不宜于加工鐵族金屬，這是由于鐵和碳原子的親和力較強(qiáng)，易產(chǎn)生粘結(jié)作用加快刀具磨損。
（4）立方氮化硼（CBN） 硬度（7300～9000HV）僅次于金剛石。但它的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性都大大高于金剛石，能耐1300～1500℃的高溫，并且與鐵族金屬的親和力小。因此，它的切削性能好，不但適于非鐵族難加工材料的加工，也適于鐵族材料的加工。 CBN和金剛石刀具脆大，故使用時(shí)機(jī)床剛性要好，主要用于連續(xù)切削，盡量避免沖擊和振動(dòng)。
9 z; i9 @- a4 `/ n5 _2 H5 F二、刀具角度
切削刀具的種類雖然很多，但它們切削部分的結(jié)構(gòu)要素和幾何角度有著許多共同的特征。如(圖1-5)所示，各種多齒刀具或復(fù)雜刀具，就其一個(gè)刀齒而言，都相當(dāng)于一把車刀的刀頭。

下面從車刀入手，進(jìn)行分析和研究。
1．車刀切削部分的組成
車刀切削部分是由三個(gè)刀面組成的,即前刀面、主后刀面和副后刀面（圖1-6）。
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（1）前刀面 刀具上切屑流過的表面。
/ ]: D6 E% u4 [; i# G' W# d; u（2）后刀面 刀具上與工件上切削中產(chǎn)生的表面相對(duì)的表面。
& o2 g: z  T5 i0 ^% q" k主后刀面：同前刀面相交形成主切削刃的后刀面。
副后刀面：同前刀面相交形成副切削刃的后刀面。
) n5 f$ ]3 J' a# s- U+ w' Z（3）切削刃（圖1-7）
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0 L& O( Q' f/ N0 y% `2 E9 W切削刃是指刀具前刀面上擬作切削用的刃，有主切削刃和副切削刃之分。
主切削刃是始于切削刃上主偏角為零的點(diǎn)，并至少有一段切削刃擬用來在工件上切出過渡表面的那個(gè)整段切削刃。切削時(shí)，主要的切削工作由它來負(fù)擔(dān)。
副切削刃是指切削刃上除主切削刃以外的，亦起始于主偏角為零的點(diǎn)，但它向背離主切削刃的方向延伸。
2 A3 k4 \1 O9 A作用切削刃是指在特定瞬間，工作切削刃上實(shí)際參與切削，并在工件上產(chǎn)生過渡表面和已加工表面的那段刃。為區(qū)別起見，分別在主、副切削刃前冠以“工作”或“作用”二字。
刀尖：主切削刃和副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分，稱為刀尖。
+ H) J0 K; {; @! u* f7 D實(shí)際刀具的刀尖并非絕對(duì)尖銳，而是一小段曲線或直線，分別稱為修圓刀尖和倒角刀尖。
2. 車刀切削部分的主要角度
刀具要從工件上切除余量，就必須使它的切削部分具有一定的切削角度。
' f% A8 Q6 Q) k% `為定義、規(guī)定不同角度，適應(yīng)刀具在設(shè)計(jì)、制造及工作時(shí)的多種需要，需選定適當(dāng)組合的基準(zhǔn)坐標(biāo)平面作為參考系。
" L6 R& R! C+ O( |' Y2 Q刀具靜止參考系：用于定義刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)幾何參數(shù)的參考系。
/ ^7 H  b5 _& `/ z" W: L刀具工作參考系：用于規(guī)定刀具進(jìn)行切削加工時(shí)幾何參數(shù)的參考系。
  R* @) ~6 O( A5 z- v工作參考系與靜止參考系的區(qū)別在于用實(shí)際的合成運(yùn)動(dòng)方向取代假定主運(yùn)動(dòng)方向，用實(shí)際的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。
（1）刀具靜止參考系
主要包括基面、切削平面、正交平面和假定工作平面等（圖1-8）。

a.基面 過切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面，以pr表示。
b.切削平面 過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切，并垂直于基面的平面，主切削平面以ps表示，副切削平面以ps' 表示。
: Q3 [- F, B: S  @1 N3 n2 M/ Tc.正交平面 過切削刃選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面，以po表示。
/ M4 T; _9 ^" y) V- M7 D9 E" n. Rd.假定工作平面 過切削刃選定點(diǎn)，垂直于基面并平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的平面，以pf表示。
（2）車刀的主要角度
, u6 p6 Q4 k1 d/ U. ]6 q在車刀設(shè)計(jì)、制造、刃磨及測(cè)量時(shí)，必須的主要角度有以下幾個(gè)（圖1-9）。

a.主偏角kr 在基面中測(cè)量的主切削平面與假定工作平面間的夾角。
3 ~; F4 S8 P  c1 y- y5 j, ]6 qb.副偏角kr' 在基面中測(cè)量的副切削平面與假定工作平面間的夾角。
. s  F- n8 C  n2 j3 F) }& y; O. ]0 w偏角的作用：
) O8 B' ?7 W- Z9 C! a主偏角主要影響切削層截面的形狀和參數(shù)，影響切削分力的變化，并和副偏角一起影響已加工表面的粗糙度；副偏角還有減小副后刀面與已加工表面間摩擦的作用。如(圖1-10)所示，當(dāng)背吃刀量和進(jìn)給量一定時(shí)，主偏角愈小，切削層公稱寬度愈大而公稱厚度愈小，即切下寬而薄的切屑。這時(shí)，主切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷較小，并且散熱條件較好，有利于刀具耐用度的提高。由(圖1-11)可以看出，當(dāng)主、副偏角小時(shí)，已加工表面殘留面積的高度hc亦小，因而可減小表面粗糙度的值，并且刀尖強(qiáng)度和散熱條件較好，有利于提高刀具耐用度。但是，當(dāng)主偏角減小時(shí)，背向力將增大，若加工剛度較差的工件（如車細(xì)長(zhǎng)軸），則容易引起工件變形，并可能產(chǎn)生振動(dòng)。 主、副偏角應(yīng)根據(jù)工件的剛度及加工要求選取合理的數(shù)值。一般車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°等幾種；副偏角為5°～ 15°，粗加工時(shí)取較大值。

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刀具普及知識(shí)很有用，就是圖片看不到額，希望能該進(jìn)下