刀具的种类、材料与选用
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用]
一、刀具种类
(一)刀具分类
由于机械零件的材质、形状、技术要求与加工工艺的多样性,客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构与切削性能。
因此,生产中所使用的刀具的种类很多。
刀具常按加工方式与具体用途,分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具与磨具等几大类型。
刀具还可以按其它方式进行分类,如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具与金刚石刀具等;按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具与复合刀具等;按就是否标准化分为标准刀具与非标准刀具等。
(二)常用刀具简介
1、车刀
车刀就是金属切削加工中应用最广的一种刀具。
它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔,也可用于切槽与切断等。
车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀与机械夹固刀片的车刀。
机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀与可转位车刀。
机械夹固车刀的切削性能稳定,工人不必磨刀,所以在现代生产中应用越来越多。
2、孔加工刀具
孔加工刀具一般可分为两大类:一类就是从实体材料上加工出孔的刀具,常用
的有麻花钻、中心钻与深孔钻等;另一类就是对工件上已有孔进行再加工的刀具,常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。
例如,下图示标准高速钢麻花钻的结构。
工作部分(刀体)的前端为切削部分,承担主要的切削工作,后端为导向部分,起引导钻头的作用,也就是切削部分的后备部分。
3、铣刀
铣刀就是一种应用广泛的多刃回转刀具,其种类很多。
按用途分有:1)加工平面用的,如圆柱平面铣刀、端铣刀等;2)加工沟槽用的,如立铣刀、T形刀与角度铣刀等;3)加工成形表面用的,如凸半圆与凹半圆铣刀与加工其它复杂成形表面用的铣刀。
铣削的生产率一般较高,加工表面粗糙度值较大。
4、拉刀
拉刀就是一种加工精度与切削效率都比较高的多齿刀具,广泛应用于大批量生产中,可加工各种内、外表面。
拉刀按所加工工件表面的不同,可分为各种内拉刀与外拉刀两类。
使用拉刀加工时,除了要根据工件材料选择刀齿的前角、后角,根据工件加工表面的尺寸(如圆孔直径)确定拉刀尺寸外,还需要确定两个参数:(1)齿升角a f[即前后两刀齿(或齿组)的半径或高度之差];(2)齿距p[即相邻两刀齿之间的轴向距离]。
5、螺纹刀具
螺纹可用切削法与滚压法进行加工。
6、齿轮刀具
齿轮刀具就是用于加工齿轮齿形的刀具。
按刀具的工作原理,齿轮分为成形齿轮刀具与展成齿轮刀具。
常用的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀与指形齿轮刀具等。
常用的展成齿轮刀具有插齿刀、齿轮滚刀与剃齿刀等。
选用齿轮滚刀与插齿刀时,应注意以下几点:
(1)刀具基本参数(模数、齿形角、齿顶高系数等)应与被加工齿轮相同。
(2)刀具精度等级应与被加工齿轮要求的精度等级相当。
(3)刀具旋向应尽可能与被加工齿轮的旋向相同。
滚切直齿轮时,一般用左旋齿刀。
7、自动线与数控机床刀具
这类刀具的切削部分总的来说与一般刀具没有多大区别不同情况,只就是为了适应数控机床与自动线加工的特点,对它们提出了更高的要求。
车刀拉刀螺纹刀具
(梳刀)
齿轮刀具
(盘形铣刀)
孔加工刀具
(麻花钻)
铣刀
二、刀具材料
刀具切削性能的好坏,取决于构成刀具切削部分的材料、几何形状与刀具结构。
刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量与加工成本等都有很大影响,因此要重视刀具材料的正确选择与与合理使用。
(一)刀具材料应具备的性能(见P14)
1、高的硬度与耐磨性
刀具材料要比工件材料硬度高,常温硬度在HRC62以上;耐磨性表示抵抗磨
损的能力,它取决于组织中硬质点的硬度、数量与分布。
2、足够的强度与韧性
为了承受切削中的压力冲击与韧性,避免崩刀与折断,刀具材料应具有足
够的强度与韧性。
3、高耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度与韧性得能力。
4、良好的工艺性
为了便于制造,要求刀具材料有较好的可加工性。
如,切削加工性、铸造性、锻造性与热处理性等。
5、良好的经济性
(二)常用的刀具材料
目前,生产中所用的刀具材料以高速钢与硬质合金居多。
碳素工具钢(如T10A、T12A)、工具钢(如9SiCr、CrWMn)因耐热性差,仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。
高速钢
➢定义:就是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。
➢性能:有较高的热稳定性;有较高的强度、韧性、硬度与耐磨性;制造工艺简单,容易磨成锋利的切削刃,可锻造。
就是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。
➢分类:
按用途分:通用型高速钢与高性能高速钢;
按制造工艺分:熔炼高速钢与粉末冶金高速钢。
1、通用型高速钢
钨钢:典型牌号为W18Cr4V,有良好的综合性能,可以制造各种复杂刀具。
钨钼钢:典型牌号为W6Mo5Cr4V2,可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具;热塑性特别好,更适用于制造热轧钻头等;磨加工性好,目前各国广泛应用。
2、高性能高速钢
典型牌号为高碳高速钢9W18Cr4V、高钒高速钢W6MoCr4V3、钴高速钢
W6MoCr4V2Co8与超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8等。
适合于加工高温合金、钛合金与超高强度钢等难加工材料。
3、粉末冶金高速钢
用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水,直接得到细小的高速钢粉末,高温下压制成致密的钢坯,而后锻压成材或刀具形状。
适合于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具(如滚刀、插齿刀)、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高动载荷下使用的刀具等。
硬质合金
由难熔金属化合物(如WC、TiC)与金属粘结剂(Co)经粉末冶金法制成。
硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料(约占50%)。
如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、拉刀、齿轮刀具等。
具有高耐磨性与高耐热性,但抗弯强度低、冲击韧性差,很少用于制造整体刀具。
它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。
ISO将切削用的硬质合金分为三类:(各种牌号的应用范围见p16表1、1)
1、YG(K)类,即WC-Co类硬质合金
2、YT(P)类,即WC-TiC-Co类硬质合金
3、YW(M)类,即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金
(三)其它刀具材料
1、涂层刀具
2、陶瓷:硬度高、耐用度高,还可用于冲击负荷下的粗加工,切削效率显
著提高。
3、金刚石
4、立方氮化硼
三、刀具选用
1、刀具种类的选择
刀具种类主要根据被加工表面的形状、尺寸、精度、加工方法、
所用机床及要求的生产率等进行选择。
2、刀具材料的选择
刀具材料主要根据工件材料、刀具形状与类型及加工要求等进
行选择。
3、刀具角度的选择(见P47)
刀具角度的选择主要包括刀具的前角、后角、主偏角与刃倾角的选择。
(1)前角
前角γo对切削的难以程度有很大影响。
增大前角能使刀刃变得锋利,使切削更为轻快,并减小切削力与切削热。
但前角过大,刀刃与刀尖的强度下降,刀具导热体积减少,影响刀具使用寿命。
前角的大小对表面粗糙度、排屑与断屑等也有一定影响。
工件材料的强度、硬度低,前角应选得大些,反之小些;刀具材料韧性好(如高速钢),前角可选得大些,反之应选得小些(如硬质合金);精加工时,前角可选得大些。
粗加工时应选得小些。
(2)后角
后角αo的主要功用就是减小后刀面与工件间的摩擦与后刀面的磨损,其大小对刀具耐用度与加工表面质量都有很大影响。
一般,切削厚度越大,刀具后角越小;工件材料越软,塑性越大,后角越大。
工艺系统刚性较差时,应适当减小后角,尺寸精度要求较高的刀具,后角宜取小值。
(3)主偏角
主偏角κr的大小影响切削条件与刀具寿命。
在工艺系统刚性很好时,减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工表面粗糙度,所以κr宜取小值;在工件刚性较差时,为避免工件的变形与振动,应选用较大的主偏角。
(4)副偏角
副偏角κr'的作用就是可减小副切削刃与副厚刀面与工件已加工表面之间的摩擦,防止切削振动。
κr'的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。
(5)刃倾角
刃倾角λs主要影响刀头的强度与切屑流动的方向。