目錄

一.刀具種類

二.刀具材料

三.刀具選用

四.刀具磨損的形态及其原因

五.刀具磨損過程、磨鈍标準及刀具壽命

六.刀具的破損

七.刀具的狀态監控

八.刀具耐用度(刀具壽命)的選擇原則

九.影響刀具耐用度Ｔ因素

一、刀具種類

（一）刀具分類 由于機械零件的材質、形狀、技術要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求進行加工的刀具具有不同的結構和切削性能。因此，生産中所使用的刀具的種類很多。刀具常按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數控機床刀具和磨具等幾大類型。刀具還可以按其它方式進行分類，如按所用材料分為高速鋼刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等；按結構分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和複合刀具等；按照标準化分為标準刀具和非标準刀具等。

（二）常用刀具簡介1.車刀 車刀是金屬切削加工中應用最廣的一種刀具。它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、内孔，也可用于切槽和切斷等。車刀在結構上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機械夾固刀片的車刀。機械夾固刀片的車刀又可分為機床車刀和可轉位車刀。機械夾固車刀的切削性能穩定，工人不必磨刀，所以在現代生産中應用越來越多。

2.孔加工刀具孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鑽、中心鑽和深孔鑽等；另一類是對工件上已有孔進行再加工的刀具，常用的有擴孔鑽、鉸刀及镗刀等。工作部分（刀體）的前端為切削部分，承擔主要的切削工作，後端為導向部分，起引導鑽頭的作用，也是切削部分的後備部分。

3.銑刀

銑刀是一種應用廣泛的多刃回轉刀具，其種類很多。按用途分有：1）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀等；2）加工溝槽用的，如立銑刀、T形刀和角度銑刀等；3）加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它複雜成形表面用的銑刀。銑削的生産率一般較高，加工表面粗糙度值較大。

4.拉刀拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應用于大批量生産中，可加工各種内、外表面。拉刀按所加工工件表面的不同，可分為各種内拉刀和外拉刀兩類。使用拉刀加工時，除了要根據工件材料選擇刀齒的前角、後角，根據工件加工表面的尺寸（如圓孔直徑）确定拉刀尺寸外，還需要确定兩個參數：（1）齒升角af[即前後兩刀齒（或齒組）的半徑或高度之差]；（2）齒距p[即相鄰兩刀齒之間的軸向距離]。

5.螺紋刀具螺紋可用切削法和滾壓法進行加工。

6.齒輪刀具

齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理，齒輪分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀和指形齒輪刀具等。常用的展成齒輪刀具有插齒刀、齒輪滾刀和剃齒刀等。

二、刀具材料

刀具切削性能的好壞，取決于構成刀具切削部分的材料、幾何形狀和刀具結構。刀具材料對刀具使用壽命、加工效率、加工質量和加工成本等都有很大影響，因此要重視刀具材料的正确選擇與和合理使用。

（一）刀具材料應具備的性能

1、 高的硬度和耐磨性

刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨損的能力，它取決于組織中硬質點的硬度、數量和分布。

2、足夠的強度和韌性

為了承受切削中的壓力沖擊和韌性，避免崩刀和折斷，刀具材料應具有足夠的強度和韌性。3、高耐熱性

刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性得能力。

4、良好的工藝性

l為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性。如，切削加工性、鑄造性、鍛造性和熱處理性等。

5、良好的經濟性

（二）常用的刀具材料

目前，生産中所用的刀具材料以高速鋼和硬質合金居多。碳素工具鋼（如T10A、T12A）、工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。

高速鋼

定義：是一種加入較多的鎢、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。

性能：有較高的熱穩定性；有較高的強度、韌性、硬度和耐磨性；制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造。是制造鑽頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等的主要材料。

分類：

按用途分：通用型高速鋼和高性能高速鋼；

按制造工藝分：熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。

1、通用型高速鋼

鎢鋼：典型牌号為W18Cr4V，有良好的綜合性能，可以制造各種複雜刀具。

鎢钼鋼：典型牌号為W6Mo5Cr4V2，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特别好，更适用于制造熱軋鑽頭等；磨加工性好，目前各國廣泛應用。

2、高性能高速鋼

典型牌号為高碳高速鋼9W18Cr4V、高釩高速鋼W6MoCr4V3、钴高速鋼W6MoCr4V2Co8和超硬高速鋼W2Mo9Cr4Co8等。适合于加工高溫合金、钛合金和超高強度鋼等難加工材料。

3、粉末冶金高速鋼

用高壓氩氣或氮氣霧化熔融的高速鋼水，直接得到細小的高速鋼粉末，高溫下壓制成緻密的鋼坯，而後鍛壓成材或刀具形狀。适合于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀）、精密刀具、磨加工量大的複雜刀具、高動載荷下使用的刀具等。

l 硬質合金

l 由難熔金屬化合物（如WC、TiC）和金屬粘結劑（Co）經粉末冶金法制成。

l 硬質合金以其切削性能優良被廣泛用作刀具材料（約占50%）。如大多數的車刀、端銑刀以至深孔鑽、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等。具有高耐磨性和高耐熱性，但抗彎強度低、沖擊韌性差，很少用于制造整體刀具。它還可用于高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。

硬質合金類刀具

ISO将切削用的硬質合金分為三類：

1、 YG(K)類，即WC-Co類硬質合金

2、 YT(P)類，即WC-TiC-Co類硬質合金

3、 YW(M)類，即WC-TiC-TaC-Co類硬質合金

（三）其它刀具材料

1、 塗層刀具

2、 陶瓷：硬度高、耐用度高，還可用 于沖擊負荷下的粗加工，切削效率顯著提高。

3、 金剛石（聚晶PCD和單晶MCD）

PCD刀具

4、 立方氮化硼（PCBN）

PCBN刀片

三、刀具選用

1.刀具種類的選擇刀具種類主要根據被加工表面的形狀、尺寸、精度、加工方法、所用機床及要求的生産率等進行選擇。

2.刀具材料的選擇刀具材料主要根據工件材料、刀具形狀和類型及加工要求等進行選擇。

3.刀具角度的選擇

刀具角度的選擇主要包括刀具的前角、後角、主偏角和刃傾角的選擇。

四、刀具磨損的形态及其原因

切削金屬時，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要發生損壞。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類。前者是連續的逐漸磨損，屬正常磨損；後者包括脆性破損（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等）和塑性破損兩種，屬非正常磨損。

刀具磨損後，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導緻切削力加大、切削溫度升高，甚至産生振動，不能繼續正常切削。因此，刀具磨損直接影響加工效率、質量和成本。

刀具正常磨損的形式有以下幾種：1.前刀面磨損

2.後刀面磨損

3.邊界磨損(前、後刀面同時磨損）

從對溫度的依賴程度來看，刀具正常磨損的原因主要是機械磨損和熱、化學磨損。機械磨損是由工件材料中硬質點的刻劃作用引起的，熱、化學磨損則是由粘結（刀具與工件材料接觸到原子間距離時産生的結合現象）、擴散（刀具與工件兩摩擦面的化學元素互相向對方擴散、腐蝕)等引起的。

(1)磨粒磨損在切削過程中，刀具上經常被一些硬質點刻出深淺不一的溝痕。磨粒磨損對高速鋼作用較明顯。

(2)粘結磨損刀具與工件材料接觸到原子間距離時産生的結合現象，稱粘結。粘結磨損就是由于接觸面滑動在粘結處産生剪切破壞造成。低、中速切削時，粘結磨損是硬質合金刀具的主要磨損原因。

(3)擴散磨損切削時在高溫作用下，接觸面間分子活動能量大，造成了合金元素相互擴散置換，使刀具材料機械性能降低，若再經摩擦作用，刀具容易被磨損。擴散磨損是一種化學性質的磨損。

(4)相變磨損當刀具上最高溫度超過材料相便溫度時，刀具表面金相組織發生變化。如馬氏體組織轉變為奧氏體，使硬度下降，磨損加劇。因此，工具鋼刀具在高溫時均用此類磨損。

(5)氧化磨損氧化磨損是一種化學性質的磨損。

刀具磨損是由機械摩擦和熱效應兩方面因素作用造成的。

1）在低、中速範圍内磨粒磨損和粘結磨損是刀具磨損的主要原因。通常拉削、鉸孔和攻絲加工時的刀具磨損主要屬于這類磨損。 2）在中等以上切削速度加工時，熱效應使高速鋼刀具産生相變磨損、使硬質合金刀具産生粘結、擴散和氧化磨損。

五、刀具磨損過程、磨鈍标準及刀具壽命

1、刀具磨損過程

随着切削時間的延長，刀具磨損增加。根據切削實驗，可得圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線。該圖分别以切削時間和後刀面磨損量VB（或前刀面月牙窪磨損深度KT）為橫坐标與縱坐标。從圖可知，刀具磨損過程可分為三個階段：

1.初期磨損階段

2.正常磨損階段

3.急劇磨損階段

2、刀具磨鈍标準

刀具磨損到一定限度就不能繼續使用。這個磨損限度稱為磨鈍标準。規定後刀面上均勻磨損區的高度VB值作為刀具的磨鈍标準。

3、刀具的耐用度（刀具壽命）

一把新刀（或重新刃磨過的刀具）從開始切削至磨損量達到磨鈍标準為止所經曆的實際切削時間，稱為刀具的耐用度，用T分鐘表示。又稱為刀具壽命。

六、刀具的破損

刀具破損和刀具磨損一樣，也是刀具失效的一種形式。刀具在一定的切削條件下使用時，如果它經受不住強大的應力（切削力或熱應力），就可能發生突然損壞，使刀具提前失去切削能力，這種情況就稱為刀具破損。破損是相對于磨損而言的。從某種意義上講，破損可認為是一種非正常的磨損。刀具的破損有早期和後期（加工到一定的時間後的破損）兩種。刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損兩種。硬質合金和陶瓷刀具在切削時，在機械和熱沖擊作用下，經常發生脆性破損。脆性破損又分為：

1.崩刀 2.碎斷 3.剝落 4.裂紋破損。

七、刀具的狀态監控

如前所述，刀具損壞的形式主要是磨損和破損。在現代化的生産系統（如FMS、CIMS等）中，當刀具發生非正常的磨損或破損時，如不能及時發現并采取措施，将導緻工件報廢，甚至機床損壞，造成很大的損失。因此，對刀具狀态進行監控非常重要。

刀具破損監測可分為直接監測和間接監測兩種。所謂直接監測，即直接觀察刀具狀态，确認刀具是否破損。其中最典型的方法是ITV（Industrial Television， 工業電視）攝像法。間接監測法即利用與刀具破損相關的其它物理量或物理現象，間接判斷刀具是否已經破損或是否有即将破損的先兆。這樣的方法有測力法、測溫法、測振法、測主電機電流法和測聲發射法等。

八、刀具耐用度(刀具壽命)的選擇原則

切削用量與刀具壽命有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據優化的目标而定。一般分最高生産率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目标确定，後者根據工序成本最低的目标确定。

比較最高生産率耐用度Tp與最低生産成本耐用度Tc可知：Tc＞Tp。生産中常根據最低成本來确定耐用度，但有時需完成緊急任務或提高生産率且對成本影響不大的情況下，也選用最高生産率耐用度。刀具耐用度的具體數值，可參考有關資料或手冊選用。

選擇刀具壽命時可考慮如下幾點：

（1）根據刀具複雜程度、制造和磨刀成本來選擇。複雜和精度高的 刀具壽命應選得比單刃刀具高些。

（2）對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發揮其切削 性能，提高生産效率，刀具壽命可選得低些，一般取15—30min。

（3）對于裝刀、換刀和調刀比較複雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。

（4）車間内某一工序的生産率限制了整個車間的生産率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些；當某工序單位時間内所分擔到的全廠開支 M較大時，刀具壽命也應選得低些。

（5）大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來确定。

九、影響刀具耐用度Ｔ因素

1、切削用量

切削用量對刀具耐用度Ｔ的影響規律如同對切削溫度的影響。切削速度Vc、 背吃刀量（切削深度）ap、進給量增大，使切削溫度提高，刀具耐用度Ｔ下降。Vc影響最大、 進給量f其次，ap影響最小。

2、工件材料

（1）硬度或強度提高，使切削溫度提高，刀具磨損加大，刀具耐用度Ｔ下降。（2）工件材料的延伸率越大或導熱系數越小，切削溫度越高，刀具耐用度Ｔ下降。

3、刀具幾何角度（1）前角對刀具耐用度的影響呈“駝峰形”。（2）主偏角Κr減小時，使切削寬度bD增大，散熱條件改善，故切削溫度下降，刀具耐用度Ｔ提高。

4、刀具材料刀具材料的高溫硬度越高、越耐磨，刀具耐用度Ｔ越高。加工材料的延伸率越大或導熱系數越小，均能使切削溫度升高因而使刀具耐用度T降低。

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