《金属切削原理与刀具》课程设计
铰
刀
的
设
计
组别
姓名
学号
目录
题目 (1)
第一章材料的选择 (2)
第二章铰刀的结构参数 (3)
1、几何角度 (3)
2、铰刀的直径与公差 (4)
3、齿数Z及分布 (6)
4、铰刀齿槽与尺寸 (7)
5、工作部分尺寸 (8)
6、非工作部分结构 (9)
第三章机用铰刀技术条件 (10)
零件图 (12)
题目
设计被铰孔的直径为Ф10H7mm，深度10mm，材料为A3钢，确定预置孔的直径为Ф8mm。
毛坯图：
第一章材料的选择
A3钢属于低碳钢，硬度低，塑性高，故切削变形大，切削温度高，易产生粘削和积削瘤，断削困难，不易达到小的粗糙度，切削低碳钢应选用较大前角和后角，应使切削刃锋利，提高切削速度。
对于A3钢的切削，可以选用高速钢。
高速钢是综合性能较好，应用范围最广的一种刀具材料。
热处理后硬度达62-66HRC，抗弯强度约3.3GPa，耐热性约600℃，此外还具有热处理变形小，能锻造，易磨出较锋利的刃口等优点。
具体工作部分可选择W9Mo3Cr4V,其高温热塑性好，淬火过热，脱碳敏感性小，有良好的切削性能。
刀柄部分用45号钢。
第二章铰刀的结构参数
1、几何角度(见表１)
表１机用铰刀几何参数
导锥角ψψ＝45°
刃倾角λs一般λs＝0°；加工韧性较大材料时λs＝15°～20°
前角γp一般γp＝0°；粗铰韧性较大材料时γp＝5°～10°
螺旋角β一般β＝0°（直齿）；加工深孔或断续表面时可用螺旋齿铰刀，加工盲孔取右旋，加工通孔取左旋、加工灰铸铁、淬硬钢β＝7°～8 °，可锻铸铁、钢12°～20°，铝和轻金属35°～45°
主偏角κr 加工铸铁等脆性材料κr＝3°～5°加工钢等塑性材料κr＝12°～15°加工盲孔时κr＝45°
后角αp与刃带b a1直径
d0/mm
1～3 ＞3～10 ＞10～18 ＞18～30 ＞30～50 ＞50～80 后角αp14～18°10～14°8～12°6～10°6～10°6～10°刃带b a10.05～0.1 0.1～0.15 0.15～0.25 0.2～0.3 0.25～0.4 0.3～0.5
倒锥d01＜d0直径＜2.8 ＞2.8～6 ＞6～18 ＞18～32 ＞32～50 ＞50～80 倒锥量0.005～0.02 0.02～0.04 0.03～0.05 0.04～0.06 0.05～0.07 0.06～0.08
d02d02＝d0－（1.3～1.4）2A（A为铰孔单边余量）
所以，由表一得：铰刀的倒锥角ψ＝0，刃倾角λs＝0，前角γp＝0°，螺旋角β=0，主偏角κr＝12°，后角αp =10°，刃带b a1=0.15mm。
倒锥量为0.04。
2、铰刀直径与公差
（1）铰刀的直径基本尺寸d0等于被铰孔的基本尺寸D
ω即：
do=Dω=10mm
（2）铰刀直径的制造公差G按GB4246－84规定等于
被铰孔公差IT的0.35倍，即：
G=0.35IT=0.015×0.035=0.005mm
铰刀公差和孔公差的配合如图2
图2铰刀公差和孔公差配置
（3）用高速钢铰刀铰孔后，孔径一般发生扩张，按GB4246－84规定铰刀直径的上限尺寸d0max等于孔的最大直径减0.15IT，即：
d omax=Dωmax－0.15IT=10.015－0.15×0.015=10.013mm
铰刀直径的下限尺寸d0min等于铰刀的最大直径d0max 减0.35IT，即：
d omin=d0max－0.35IT=10.013－0.005=10.008mm
查刀具设计手册得铰刀的尺寸为d0=10＋0.012＋0.006
铰刀直径与偏差见表2
表 2 GB1133－84所列铰刀直径与偏差
铰刀直径d0与分级范围
精度等级
H7H8H9
＞5.3～6 ＋0.010 ＋0.015 ＋0.025
＞6～10
＞10～18
＞18～30
＞30～50
＋0.005 ＋0.012 ＋0.006 ＋0.015 ＋0.008 ＋0.017 ＋0.009 ＋0.021 ＋0.012 ＋0.008 ＋0.018 ＋0.010 ＋0.022 ＋0.012 ＋0.028 ＋0.016 ＋0.033 ＋0.019 ＋0.014 ＋0.030 ＋0.017 ＋0.036 ＋0.020 ＋0.044 ＋0.025 ＋0.052 ＋0.030
3、齿数Z 及分布
铰刀齿数Z 影响铰孔质量、刀齿强度和容屑空间并与工件材料、铰刀直径有关。
一般可按下式计算：
)4~2(5.10+d Z ＝
加工韧性材料时Z 取小值；加工脆性材料时Z 取大值。
为了测量方便通常取偶数。
刀齿在圆周上分布为制造方便一般取等齿距分布。
Z 可按表3选取。
表3铰刀齿数
高速钢机用铰刀
直径d 0/mm 1～2.8 3～20 21～25 36～48 50～55 齿数Z
4
6
8
10
12
所以，铰刀齿数z=6，等齿距分布。
a)半圆形齿形 b)三角形齿形 c)五角形齿形
图3铰刀公差和孔公差配置
4、铰刀齿槽与尺寸 当铰刀直径d 0＜3mm 时铰刀齿槽形状可作成半圆形、三角形或五角形如图3所示。
当铰刀直径d 0≥3～20mm 时，
铰刀齿槽通常作成直线齿背截形；当铰刀直径d 0＞20mm 时，铰刀齿槽采用圆弧齿背截形形，尺寸见表图4。
表4铰刀齿槽形状与尺寸
A 型直线齿背
B 型圆弧齿背
铰刀直径
d 0 槽形 齿数
Z b a1 F
θ R r 基本尺寸 公差 ＞3～5.5 A 6 0.08～0.15 0.25～0.40 0.20 85° － 0.3 ＞5.5～10 A 6
0.10～0.20
0.50～0.70 0.20 85～90° － 0.5 ＞10～20 A 6～8 0.10～0.25 0.60～1.00 0.30 75～80° － 0.5 ＞20～28 B 8 0.15～0.30 1.00～1.20 0.40～
0.50 － 25 0.5～1 ＞28～34 B 8～10 0.20～0.40 1.30 0.50 － 20 1 ＞34～45 B 10～12 0.20～0.40 1.40～1.60 0.60 － 15 1 ＞45～50
B
12
0.25～0.50
1.70～1.80
0.60
－
20
1
所以，铰刀采用A 型直线齿背，该型号中取b a1=0.15，F=0.6，r=0.5，θ=85°。
5、工作部分尺寸
见表5
表 5 铰刀工作部分尺寸
项目采用值或计算公式
前导锥l3l3＝1～2
切削部分
l1
l1＝（1.3～1.4）Actgκr（A为铰孔单边余量）
圆柱校准
部分l2
l2＝(0.25～0.5)d0
工作部分l l＝(0.8～3)d0
圆弧半径r r＝0.5～1.5
所以，铰刀可取，前导锥l3=0，切削部分l1＝6.2mm，圆柱校准部分l2＝5mm，工作部分l＝(0.8～3)d0=30mm，圆弧半径r=1mm。
6.非工作部分结构 尺寸见表6。
表 6 莫氏锥柄机用高速钢铰刀非工作部分结构尺寸
直径 总长 刃长 颈部直径 莫氏锥号
5.5 138 26 4.5 1
6 7 150 31 5.5 8 156 33 6.5 9 162 36 7 10 168 38 8 11 175 41 12 182 44 9 13 182 44 10 14 189 47 15 204 50 11 2
16
210
52 12
17 214 54 13 18 219 56
14 19 223 58 15 20 228 60 16 21 232 62 17 22 237 64 23 241 66 24 264 66 19 3
25 268 68 20 26 273 70 27 277 71 21 28 22 30 281 73 23 32
317
77
25
4 铰刀柄部型式有圆柱形和圆锥形两种，圆锥柄为莫氏锥度。
铰刀尺寸可由表6得，莫氏锥度为1，总长L=168mm ，刃长l=30mm ，颈部长度d 03=8mm,取锥柄l 4=65.5mm 。
第三章 机用铰刀技术条件
（一）铰刀表面粗糙度见表７。
表７机用铰刀表面粗糙度Ra
铰刀部位 Ra （μm ）
高速钢机用铰刀
前刀面；切削部分后刀面；锥柄表面 0.63 齿背表面 5 直柄表面； 1.25 其余表面 10
（二）铰刀的位置公差见表８。
表８机用铰刀位置公差
项目
公差（mm）
切削部分校准部分
柄部
d0≤30 d0＞30
对公共轴线的径向圆跳
动
H7级0.015 0.01 0.015 H8、H9级0.02
所以，对公共轴线的径向圆跳动，切削部分为0.015，校准部分为0.01，柄部为0.01。
零件图。