1、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
2、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
3、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 l3501560“(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
4、硬度为 HRA8792，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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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。(
10、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
11、)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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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 0563,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 4060 号较粗磨粒砂轮。精磨车刀可选用 80120 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
20、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
21、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
22、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 010 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
23、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 l020 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。
