车刀的选择和使用.docx

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车刀的选择和使用

第一节车刀材料的选择

车刀的使用寿命和生产效率取决于车刀材料的切削性能。

车刀由刀头和刀杆两部分组成，刀杆一般是用碳素结构钢制成。

由于刀头担任切削工作，因此刀头材料必须具有下列基本性能：

1）冷硬性。

车刀在常温时具有较高的硬度，即车刀的耐磨性。

2）红硬性。

车刀在高温下保持切削所需的硬度，该温度的最高值称为"红热硬度"。

3）韧性。

车刀切削部分承受震动和冲击负荷所具有的强度和硬度。

车刀材料的以上三种性能是相互联系、相互制约的，在具体选用时，要根据工件材料的性能和切削要求分析选用，同时还要结合车刀材料在价格、工艺性能方面加以考虑，以便于以较低的成本加工、刃磨和焊接制造车刀。

各种车刀材料的基本性能优劣顺序比较见表4-1。

目前用来作车刀切削部分的材料主要有高速钢、硬质合金和非金属材料，碳素工具钢、合金工具钢多用作钻头、丝锥等工具，用作车刀的较少。

现分别介绍作车刀刀头的两种主要材料：

高速钢及硬质合金。

一、高速钢

高速钢是一种含钨、铬、钒较多的合金钢，又名锋钢、风钢或白钢。

常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2两种牌号。

其中用得最多的是Wl8Cr4V高速钢。

它们的化学成分如表4-2所示。

高速钢材料分为带黑皮的高速钢和表面磨光的高速钢两种。

前者是未经热处理的高速钢，后者是经热处理的高速钢。

高速钢硬度较高，具有一定的红热硬性，韧性和加工性能均较好。

高速钢车刀制造简单，刃磨方便，容易磨得锋利。

由于高速钢韧性好，常用于加工一些冲击性较大、形状不规则的零件，它也常用于制作精车刀，但因红硬性不如硬质合金，故不宜用于高速切削。

二、硬质合金

硬质合金是由难熔材料的碳化钨、碳化铁和钴的粉末在高压下成形，经l350～1560"（2高温烧结而成的材料，具有极高的硬度，仅次于陶瓷和金刚石。

硬质合金的红硬性很好，在1000℃左右仍能保持良好切削性能；具有较高的使用强度，其抗弯强度可高达1000--1700MPa，但脆性大、韧性差、怕震，以上这些缺点可通过刃磨合理的角度加以克服，因此，硬质合金现已被广泛应用。

常用的硬质合金可根据其制造的合金元素不同，分为以下四类：

1．钨钴合金

由碳化钨和钴组成，常温时的硬度为HRA87～92，红硬性为800--900，代号为YG，常用牌号为YG3、YG3X、YG6、YG6X、YG8、YGll等。

其中YG3X及YG6X属于细颗粒碳化钨合金。

YA6则是我国试制成功的一种含有少量碳化钴的细颗粒硬质合金。

钨钴合金冷硬性很高，韧性也较好，宜用于加工脆性材料，如金属蚀口铸铁，也可车削冲击性较大的工件。

由于它的红硬度较差，在600℃时，钨钴合金容易和切屑粘结，使刀头前面磨损，故不宜用于车削软钢等韧性金属。

YG6X细颗粒碳化钴合金耐磨性较好，其强度近似YG6，因此车削冷硬合金铸铁、耐热合金钢及普通铸铁等都有良好效果。

2．钨钛钻合金

由碳化钨、碳化钛及元素钻组成，代号用YT表示，常用的有YT5、YTl4、YTl5、YT30等牌号。

钨钴钛合金的冷硬性能和红硬性能比硬质合金高。

在高温条件下比钨钴合金耐热耐磨、抗粘性大，宜于加工钢料及其他韧性金属材料，但由于性脆，不耐冲击，故不宜加工脆性金属。

3．钨钴钛铌合金

它是钨钴钛合金中的新产品，由碳化钨、碳化钛、钴、少量碳化铌组成，代号为YW，常用牌号为YWl、YW2。

它的耐磨性和热硬性都比较好，适用于切削各种铸铁和特殊合金钢材，如不锈钢、耐热钢、高锰钢等较难加工的材料。

4．钨钴铌类合金

这是一种含有少量碳化铌的细颗粒钨钻类硬质合金，代号为YA，常用牌号为YA6。

它的耐磨性能更高，适合于不锈钢、耐热钢、特硬铸铁、铁合金、硬塑料、玻璃和陶瓷等的加工。

在选用硬质合金时，应根据硬质合金本身性能特点、加工工件材料和切削条件等因素综合考虑。

表4-3为常用硬质合金使用性能及使用范围，可作为选用的参考。

除高速钢和硬质合金两种常用车刀切削材料外，还有碳素工具钢、合金工具钢、金刚石、陶瓷等。

碳素工具钢、合金工具钢的切削性能差，而金刚石价格高，以上三者都较少采用。

由于陶瓷材料比硬质合金的红硬性更高，耐磨性好，价格低，正成为一种应用广泛的刀具材料，但由于该种材料性脆、怕冲击、刃磨困难，所以在使用时仍受到一定的限制。

表4-4是常用车刀材料的特性及其切削成本对比情况。

第二节车刀刀具几何角度的选择及变化分析

为了顺利地进行切削，必须了解车刀切削部分的几何角度及其几何角度在切削过程中变化。

一、车刀切削部分的几何角度

1．车刀的组成部分

车刀的刀头是车刀的切削部分。

它由以下部分组成：

（1）前刀面：

切屑流出时，刀头与切屑相接触的表面，又称前面，用符号八表示。

（2）主后刀面：

刀头上与切削表面相对的表面，又称主后面，用符号A表示。

（3）副后刀面：

刀头上与工件已加工表面相对的表面，又称副后面，用符号"表示。

车刀组成部分见图4-3。

（4）主切削刃：

前面与主后刃面的交线，它担负主要的切削工作。

（5）副切削刃：

前面与副后刃面的交线，它也起切削作用。

（6）刀尖：

主切削刃与副切削刃的交点。

任何车刀都由以上部分组成，只是数目不完全相同，如普通外圆车刀的刀头部分一般由三面、两刃和一尖组成，但切断刀则由两个副切削刃和两个刀尖组成。

刀头部分的切削刃可以是直线，也可以是曲线，如样板车刀的切削刃就是曲线。

2．辅助基准面

为了确定和测量车刀的几何角度，需要选择几个辅助平面作为基准面．见图4-4。

（1）切削平面：

通过切削平面并与该点切削速度方向相垂直的平面，用符号P，表示。

（2）基面：

通过切削刃选定点并与工件过渡表面相切，且垂直于切削平面的平面，用符号P。

表示。

（3）正交平面：

通过主切削刃选定点且垂直于主切削平面和基面的平面。

用符号Pn表示。

当主切削刃与水平面平行时，切屑流出的方向正接近于这一平面所处的位置，因此车刀上主要切削角度都在正交平面上进行测量，如前角、后角的测量。

3．车刀的切削角度

车刀的切削角度共有7项，用于表示切削部分的几何形状，并可在主截面与上述3个基准面内度量，如图4-5所示。

（1）前角7。

它是车刀前刀面与基面之间在正交平面投影的角度，用符号7。

表示。

它是车刀切削部分的一个主要工作角度，直接影响车刀主切削刃的锋利度和刃口强度。

加大前角7。

，可以减小切屑变形和摩擦，从而降低切削力和切削热，切削起来较快，但另一方面前角过大，会削弱刀尖强度，减少散热能力，加剧刀具磨损。

（2）后角。

它是车刀副后刀面与基面之间在正交平面的投影角度，用符号a。

表示。

它影响主后面与过渡表面之间的摩擦情况。

（3）主偏角k，

它是主切削刃与进给方向在基面上投影的夹角，用符号k，表示。

它影响主刀刃参加工作的长度，并影响切削力的大小。

（4）副偏角k：

它是副切削刃与进给方向在基面上投影的夹角，用符号k：

表示。

它影响已加工表面的粗糙度及副刀刃参加工作的长度。

（5）刀尖角e

刀尖角为主、副切削刃在基面上投影的夹角，用符号e表示。

刀尖角的大小影响刀尖的强度及传热性能。

它与前角、后角之间的羊乏喃．

（6）刃倾角A

它是主切削刃与基面间的夹角，用符号A表示。

主要影响排屑情况和刀尖承受冲击的能力。

当刀尖是主切削刃最低点时A为正值；当刀尖是主切削刃最高点时A为负值。

当刀刃与基面平行时A为零度。

（7）副后角口，

它是副切削平面在副截面内的夹角，用符号a，表示。

其作用与后角a。

相似。

车刀静止状态下的几何角度如图4-6所示。

二、车刀几何角度选择

合理选择车刀的几何参数，可保证零件的加工精度、粗糙度，增大切削用量，减少车刀磨损，提高刀具耐用度，降低成本，提高生产效率。

1．前角70

前角70大小主要与需切削的工件材料及刀具材料性能有关，选择前角70时可从以下一些影响因素进行考虑：

（1）工件材料对前角选择的影响

车削塑性材料工件时，切屑呈带状，切削力集中在离主切削刃较远的前刀面上，刀尖不易受损。

为减少变形，应取较大的前角。

而车削脆性材料工件，其切屑呈碎粒状，加上工件表面硬度高，通常含有杂质及有砂眼缩孔等缺陷，使刀尖附近集中了很大的冲击力。

为保护刀尖，加工时一般情况下前角应取小些。

但在加工较硬材料工件时，因切削阻力大，应取较小前角，以保证车刀刀刃强度。

如在加工铬锰钢、淬硬钢工件时，车刀前角通常磨成负前角，以增加车刀耐用度。

（2）刀具材料对前角选择的影响

采用硬质合金、高速钢等不同刀具材料，切削时其车刀前角大小选择有所不同，高速钢车刀前角一般比硬质合金车刀的前角大。

表4-4是硬质合金车刀和高速钢车刀切削不同材料时前角的选择。

（3）加工特点对前角选择的影响

加工阶段不同，前角的选择不同。

粗加工时，切削深度大、切削时的冲击力大，为提高车削效率，应采用较小的前角；精加工时，切削深度小、进给量小、切削时的冲击力小，为减少变形，提高精度，则前角可选择大些，其值可较表4-4中的前角的选取增大5。

左右。

2．后角a

后角的选择原则是在保证刀具有足够的散热性能和强度的基础上，保证刀具锋利和减少与工件摩擦，一般不宜过大。

否则会加速刀具磨损，降低刀具强度而造成崩刃。

在加工塑性材料时，由于工件表面弹性复原会与刀具后面发生摩擦，为了减少摩擦应取大些后角口。

，加工脆性材料时，应取小些后角。

高速钢刀具后角a。

一般可在6。

～l2。

之间选取。

硬质合金刀具可在2。

～l2。

之间选取，粗车时3。

～6。

，精车时6。

～l2。

3．主偏角k，

主偏角k，主要是改变刀具散热情况，并适应机床一刀具一夹具系统的刚度需要。

为了改善刀具的散热情况，常采用较小的主偏角k，。

因此选择主偏角k，的原则是：

在机床一刀具一夹具刚度允许的范围内，主偏角尼r应尽量小些，一般可在45。

～75。

之间选取，但在车细长轴时为了减少工件弯曲和振动采用较大主偏角k，，一般可在75。

～90。

之间选取，车阶台轴时则取90。

。

4．副偏角k：

副偏角k：

的主要作用是减少副刀刃与工件之间的摩擦。

此外，还可以改善工件表面光洁度及刀具散热情况。

副偏角k：

一般可在10。

～l5。

之间选取。

5．刃倾角A

刃倾角A的作用是改变切屑流动方向，以增加刀尖强度。

当刃倾角A是负值时，切屑向待加工面方向流出，刀尖强度差些。

刃倾角A是正值时，切屑向已加工方向流出，刀尖强度高。

当刃倾角．零度时，切削则垂直于刀刃方向流出。

所以在选取角度时，粗加工取正值，精加工取负值。

一般刃倾角A可在一4。

～十4。

之间选取。

以上角度一般均指静态下测量的角度。

三、车刀安装和切削运动对角度的影响车刀安装得是否正确，对切削是否顺利，车出来的工件表面是

否光洁等都有很大关系。

有了合理角度的车刀，如果没有正确安装，它就不能发挥应有的作用。

此外，由于切削时走刀运动的影响，也会使车刀角度改变。

1．车刀安装高低对角度的影响

车刀刀尖应装得与工件中心线一样高，如图4-7所示，这时车刀角度没有变化。

要做到这一点，我们可以用床尾顶针尖作为标准，或者先在工件端面车一印痕就可知道中心，也可以记住自己车床中拖板滑块平面与工件中心线的距离，用钢尺量其高低。

如果刀尖高于工件中心，如图4-7（a）所示，这时切削平面位置改变，基面也随着改变，结果造成前角增大，后角减小，造成车刀切人工件的困难。

相反，如果刀尖低于工件中心，如图4-7（c）所示，则前角减小，后角增大。

2．车刀安装偏斜对角度的影响

车削时，一般车刀安装总是与工件中心线垂直，这样主偏角和副偏角不会改变。

如果车刀刀头向左倾斜，主偏角将增大，副偏角则减小，如图4-8（a）所示。

相反，如果车刀刀头向右倾斜，如图4-8（C）所示。

主偏角将减小，副偏角则增大。

此外，在安装车刀时，还应避

免车刀伸出太长，造成成车削振动，影响表面光洁度，甚至会折断。

一般伸出长度不超过刀杆高度的一倍半，如图4-9所示。

（a）车刀安装伸出量正确；（b）车刀安装伸出量过长

车刀下面垫片要平整，如图4-10，同时要尽可能用厚垫片代替薄垫片，刀架上的螺丝要拧紧。

四、走刀运动对切削运动的影车平面时，车刀按一定的走刀量在平面上车出一条螺旋线，愈近中心愈倾斜，这样由于切削平面和基面位置改变，使车刀的后角减小，前角增大。

走刀量增大，后角减小愈多，如果用很小的后角车刀以大走刀量进行车削，就无法实现车削了。

车外圆时，在工件上车出来的也是一条螺旋线，走刀量愈大，倾斜愈厉害，结果使车刀后角减小，前角增大，如图4-11所示。

因此，在磨刀时要注意这个角度的变化。

第三节刀具的刃磨

为了顺利地进行切削，必须把车刀磨成一定的几何形状，刃磨是形成正确合理的刀头几何角度的必要手段。

车刀刃磨可分为机械刃磨和手工刃磨两种。

机械刃磨的效率高，但对设备有一定的要求，一些有条件的单位可以采用。

手工刃磨灵活，对设备要求低，一般工厂仍普遍的采用。

车刀刃磨质量的好坏，直接影响着车削加工的质量。

因此，刃磨车刀是车工必须掌握的主要基本技能之一，车刀刃磨的要点如下。

一、砂轮的正确选择

常用的砂轮有氧化铝系砂轮（刚玉砂轮）和碳化硅砂轮两种。

氧化铝系砂轮的主要成分是Al2Q，适于刃磨碳素工具钢及高速钢车刀；碳化硅砂轮磨料的主要成分是SiC，硬度很高，适于刃磨硬质合金刀头。

砂轮有粗细之分。

砂轮的粗细是以其磨料颗粒的大小进行区分的。

粗细以粒度表示，当磨料的平均直径大于63,am时，用恰好可以通过的筛网号来表示，粒度号越大，磨粒的尺寸越小，砂轮愈细。

当磨粒平均直径为0．5～63,am时，磨粒也称为微粉，用W表示。

粗磨车刀应选用较粗的软砂轮，可选用40～60号较粗磨粒砂轮。

精磨车刀可选用80～120号较细磨粒硬砂轮。

砂轮同时具有软硬之分。

其硬度是指砂轮表面的磨粒在外力作用下使其脱落的难易程度。

磨粒越易脱落，则砂轮的硬度越低，反之则高。

砂轮的硬度取决于砂轮结合剂的性能。

砂轮的硬度分为软、中软、中、中硬、硬等级别。

粗磨车刀时可选用较软的砂轮，以提高生产率，精磨时则应用较硬的砂轮，以提高加工精度。

二、刃磨程序

高速钢和硬质合金刀头的刃磨有所不同，硬质合金刀片性硬而脆，刃磨时切削刃易产生锯齿形缺口。

以下分别介绍它们的刃磨过程的一般步骤。

至于刃磨时的操作方法应在实践中训练，这里不作文字的描述。

1．高速钢车刀刃磨一般步骤

（1）磨主后刀面

磨出车刀的主偏角k，和主后角口。

如图4-12所示

（2）磨副后刀面

磨出车刀的副偏角k：

和主后角口，如图4-13所示。

（3）磨前刀面

磨出车刀的前角y。

和刃偏角A，如图4一l4所示。

（4）磨刀尖圆弧

磨出主、副刀刃之间的过渡刃，如图4-15所示。

（5）精磨

在较细硬的砂轮上仔细修磨刀头各面，使车刀的几何形状和角度符合要求，并提高车刀的表面粗糙度。

（6）研磨

有精确角度的车刀，在刃磨时，还要考虑研磨，要求用平整的氧化铝油石，轻研车刀后面和过渡刃，研去刀刃上留下的毛刺，或研磨棱面和断屑槽，进一步减小各切削刃及各面的粗糙度。

2．硬质合金车刀刃磨一般步骤

（1）粗磨刀杆非硬质合金部位各面的几何形状

应在氧化铝砂轮上进行，以便减少在刃磨刀片部位时的刃磨量。

因此在刃磨主、副后角时可比刀片部位的主、副后角大。

左右o

（2）粗磨刀头

粗磨刀头硬质合金部位各面，可在较粗的绿色碳化硅砂轮上进仃。

其步骤是：

1）磨主后刀面，磨出车刀主偏角忌，；

2）磨副后刀面，磨出车刀副偏角志：

和副后角口：

；

3）磨车刀前面，磨出车刀前角托，刃倾角A及排屑槽形状。

以上磨削过程与高速钢车刀磨削过程类似。

（3）精磨刀头

在较细粒度的绿色碳化硅砂轮上精磨各面，准确的磨出各角度的大小，将各刃磨面磨平磨光。

其步骤是：

1）精磨前面：

2）磨主后面，同时调整斜棱面的宽度：

3）磨副后面，最后修磨过渡刃或修光刃。

（4）研磨刀头

用平整的400粒度的绿色碳化硅油石仔细研磨车刀各面，将刀刃上的锯齿形缺口磨平，并使各面粗糙度在0．10以上。

三、刃磨车刀注意事项

1）握刀姿势要正确，手指不能抖动，用力不能过大，以免手滑时触及砂轮而受伤。

2）磨刀时，人站在砂轮的侧面，防止砂轮粉屑或碎裂时飞出

3）砂轮必须有防护罩，砂轮未转稳时不能磨刀，磨刀用砂轮不准磨其他物件。

4）磨碳素钢、合金钢及高速钢刀具时，要经常冷却，不能使刀头烧红。

磨硬质合金刀头时不要进行冷却。

5）在盘形砂轮上磨刀时，应避免使用砂轮侧面，在碗形砂轮上磨刀时，不准使用砂轮内、外圆。

6）刃磨时应将车刀左右移动，不能固定在砂轮一处，以免砂轮表面磨成凹槽。

托架与砂轮之间的空隙不可超过3mm，以免不慎将车刀嵌入空隙，发生事故危险。

7）禁止两人同时使用一个砂轮。

四、车刀角度的检查

车刀磨好后，必须检查刃磨质量和角度是否合乎要求。

检查刃磨质量时，主要是观察刀刃是否锋利、表面是否有裂纹等缺陷。

对于要求高的车刀，可用l0～20倍放大镜观察。

检查角度时，先用样板检查车刀主后角，然后检查楔角。

如果这两个角度合格，前角也就合乎要求了。

其检验方法如图4-16所示。

车刀角度也可以用专用量角台或万能游标量角器测量。

其测量方法如图4-17～图4-20所示。

其中图4-17为车刀前角测量，图4-18为车刀后角测量，图4-19为车刀刃倾角测量，图4-20为车刀主偏角和副偏角测量。