承德石油高等专科学校机械工程系
金属切削刀具
工程实践报告
姓 名：王文浩
专业班级：机制1006班
学 号：23号
机 械 工 程 系
20##年 3月 26日
目 录
1 摘要和关键词………………………………………………………3
2 金属切削刀具的分类及标准………………………………………3
2.1 金属切削刀具分类…………………………………………………3
2.2 金属切削刀具的相关国家、行业标准……………………………4
3 金属切削刀具基本知识和原理总结………………………………9
3.1 刀具的结构…………………………………………………………9
3.2 刀具切削部分的几何参数…………………………………………10
3.3 刀具材料及合理选用………………………………………………12
4 切削刀具的发展趋势………………………………………………17
5 体验与收获…………………………………………………………18
一摘要和关键词
切削工具是机械制造中用于切削加工的工具。 绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具分类及其行业标准，及其金属切削刀具的基本知识总结。了解金属切削刀具的先进技术和未来发展方向。
二、金属切削刀具的分类及标准
2.1 金属切削刀具分类
刀具按工件加工表面的形式可分为五类：
■ 加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；
■ 孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；
■ 螺纹加工刀具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；
■ 齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；
■ 切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。
此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类：
■ 通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；
■ 成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；
■ 展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
2.2 金属切削刀具的相关国家、行业标准
中国刀具标准（行业标准、分等标准）
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日期: 20##-07-04 来源: 中国刀具商务网
行业标准
三 金属切削刀具基本知识和原理总结
3.1刀具的结构
种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。
刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。
刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种：
■ 整体结构是在刀体上做出切削刃；
■ 焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；
■ 机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。
硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。
刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。
在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。
3.2刀具切削部分的几何参数
A．刀具的组成部分
? 刀面
? 刀头--切削部分 刀刃
? 刀尖
? 刀杆--用于装夹
? 前刀面Ar——切屑流出时经过的刀面
? 后刀面Aa——与加工表面相对的刀面
? 副后刀面A’a——与已加工表面相对的刀面
?
2.切削刃口
主切削忍S Ar与Aa的交线
副切削忍S “ Ar与Aa“的交线
主、副切削刃汇交的一小段切削刃称刀尖。
二．刀具的角度
刀具角度的定义：
? 主偏角 Kr ：基面中测量的主切削刃与进给运动方向间夹角。
? 刃倾角λs：切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。
? 前角 γ0 ：主剖面中测量的前刀面与切削平面间的夹角。
? 后角α0：主剖面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。
标注坐标系--静态参考系--刀具角度
它是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测量角度时基准。
工作坐标系--动态参考系--工作角度
它是确定刀具切削运动中角度的基准。
刀具标注系坐标平面是以刀具结构为基础，以刀具的安装定位面及假定的切削运动方向建立起来的坐标平面。
3.3刀具材料及合理选用
刀具材料是指刀具切削部分的材料。合理选择刀具材料影响到：
（1）切削加工生产率
（2）刀具耐用度
（3）刀具消耗和加工成本
（4）加工精度和表面质量
刀具切削部分承受较大的（1）切削压力（2）切削温度（3）剧烈摩擦（4）冲击振动，
因此刀具材料应具备以下性能：
1、高硬度：刀具材料硬度要高于被加工材料的硬度，切削刃的硬度一般在HRC60以上。
2、高耐磨性：抗磨损能力，硬度，耐磨性，金相组织中硬质点（氮化物，碳化物）的硬度高，耐磨性好，硬质点数量多，颗粒越小，分布均匀，则耐磨性越好
3、足够的强度与韧性：抗冲击，承受各种应力而不崩刃、折断。与硬度、耐磨性相矛盾。
4、高的耐热性与化学稳定性：
耐热性：高温下保持材料硬度、强度、韧性（红硬性），红硬性越好，切削速度越高。化学稳定性：（热稳定性）：高温下抗氧化，不与工件材料和介质发生化学反应，（抗氧化、粘结、扩散）刀具磨损慢，表面质量好。
5、良好的工艺性：便于刀具制造，（1）锻造性能（2）热处理性能（3）高温塑性变形（4）容削加工性能（5）焊接性能
6、经济性：（1）刀具材料发展结合本国资源，资源丰富，则成本极低
7、（2）有的刀具材料（超硬刀具材料）虽然单件成本贵，但寿命长，分摊到每个零件的成本不一定高，要注重经济效益。
7、切削加工性能的可预测性：
为适应切削加工自动化和柔性制造系统的发展，要求刀具磨损及刀具耐用度等具有良好的可预测性。
刀具材料类型： 工具钢（高速钢）
硬质合金
陶瓷
超硬材料
? 具体的刀具材料有——
? 碳素工具钢
? 合金工具钢
? 高速钢
? 硬质合金
? 陶瓷
? 金刚石
? 立方氮化硼
? 碳素工具钢(如T10A、T12A)及合金工具钢(如9SiCr、CrWMn)，因耐热性较差——通常仅用于手工工具和切削速度较低的刀具
? 高速钢和硬质合金 ——最广泛使用
? 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。
? 别名：
? （风钢）良好的淬透性，空气中冷却就可得到高硬度。
? （锋钢）刃容锋利。
? （白钢）磨光后，表面光亮。
高速钢的特点：
1、较高的热稳定性：切削温度高达500-
650℃，与碳素工具钢，合金工具钢相比，
切削速度提高1-3倍，耐用度提高10-40倍，
可加工有色金属至高温合金（范围广）。
2、高强度，韧性：抗弯强度为硬质合金的2-
3倍数，是陶瓷的5-6倍，韧性比它们高几
十倍。
3、一定的硬度（HRC63-70）：耐磨性好，
适合各类切削刀具的要求，也可用于在刚
性较差的机床上加工。
4、刀具制造工艺简单：能锻造，制作形状复
杂刀具，大型成型刀具（这一点极为重要）
如钻头、丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮刀具。
5、材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用可靠。
因此，尽管各种新型刀具材料不断出现，高速钢仍占现用刀具材料的一半以上。
高速钢分：普通高速钢（通用型）、高性能高速钢和粉末冶金高速钢）
高性能高速钢：再加入一些合金、性能高。
粉末冶金高速钢：制造工艺不同，性能高。
普通高速钢：分钨钢，钨钼钢两类，V不高于40-60%。
1、钨钢：W18Cr4V（18—4—1）此牌号国内普
遍使用，性能稳定，刃磨、热处理工艺控制
较方便，国外钨价高，很少使用。
简称：W18、18%、4% Cr、1%V
综合性能好，600℃，HRC48.5，用以制造各
种复杂刀具。
优点：（1）淬火时过热倾向小。
（2）含钒少，磨加工性好。
（3）碳化物含量高，塑性变形抗力较大。
缺点：（1）碳化物分布不均匀，剩余碳化物
颗粒大（最大30μm），影响薄
刃刀具或小截面刀具的耐用度。
（2）强度和韧性，显得不够，此材料
30mm，抗弯强度3~3.5Gρa
60~80mm，抗弯强度2~2.3Gρa
适宜做小截面刀具，此时强度，
韧性才是满意的。
（3）热塑性差，很难用作热成形法制
造的刀具（如热轧钻头）。
2、钨钼钢 W6M05Cr4V2（6—5—4—2）
为缺钨而产生
优点：（1）合金元素少，减少了碳化物数量
及分布不均匀性，有利于提高高温塑
性、抗弯强度、冲击韧性，抗弯强度比
W18高10~15%，韧性高50~60%。
（2）可加大截面刀具，可做尺寸较大，承
受冲击力较大的刀具。
缺点：淬火温度范围窄，脱碳，过热敏感性
大，主要用于热轧刀具（扭槽，麻花钻）
? 常用的通用型高速钢牌号——W6Mo5Cr4V2 W18Cr4V
? 高速钢刀具制造工艺较简单，刀刃锋利
? 适用于制造各种形状复杂刀具(如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等)
二、硬质合金的分类，使用性能
ISO（国际标准化组织）将切削用硬质合金分三类：
P类：用于加工长切屑的黑色金属，相当于
我国的YT类。
K类：用于加工短切屑的黑色金属，有色金
属和非金属材料 YG类。
M类：用于加工长或短切屑的黑色金属和有
色金属 YW类
使用性能：
? 硬度可达89~93HRA（74-82HRC）
? 切削温度达800~1000℃
? 切削速度可达100~300m／min
? 韧性差，抗弯强度低，不能承受较大的冲击载荷
三、陶瓷
陶瓷刀是以AL2O3为主要成份，在高温下，烧结而成的一种刀具材料。
一、常用陶瓷
（1）纯AL2O3陶瓷
（2）AL2O3—TiC混和陶瓷
1）脆性大，强度、韧性低，为硬质合金的
1/2~1/3，不能承受冲击负荷，崩刃、破
损。
（2）导热率低，1/2~1/5，不宜温度波动，不能用切削液。
应用范围：
1、高速切削
2、加工硬材料（硬铸铁、淬硬钢）
3、大件、高精件加工
4、车削、铣削
例：Si3N4氮化硅基陶瓷，硬度仅次于金刚石、立方氮化硼，作为连续切削用的刀具材料，今后将很有发展前途。
超硬材料： 金刚石和立方氮化硼
立方氮化硼和金刚石主要用作制作砂轮的主要原材料，其实砂轮是由结合剂和磨料（即立方氮化硼）共同粘结而成的，它是一个多孔体。
四 切削刀具的发展趋势
根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、高速高效刀具将成为刀具发展的主流。面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须改进刀具材料、研发新的刀具材料和更合理的刀具结构。
■ 硬质合金材料及涂层应用增多。细颗粒、超细颗粒硬质合金材料是发展方向；纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层将大幅度提高刀具使用性能；物理涂层（PVD）的应用继续增多。
■ 新型刀具材料应用增多。陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韧性进一步增强，应用场合日趋增多。
■ 切削技术快速发展。高速切削、硬切削、干切削继续快速发展，应用范围在迅速扩大。
五、体验与收获
通过这三周自己的实践学习，我对金属切削刀具有了更好的认识。不仅了解了刀具的基础知识，而且了解了道具的相关标准和未来发展方向，对各种刀具以及刀具材料有了新的深层认识。加强了自己自主学习的能力，了解和熟悉了实践报告的书写格式，对自己的能力有了一点提高。
不管是在教室还是在平时，我们都应该认真学习实践所学习的知识；不管有没有老师辅导，遇到问题就要及时解决，这样才会真正的提高自己。在周三听取其他学生的讲课，我也认识到能够把知识讲出来的重要性。所以我们还要不断提高自己，这样才会跟上社会发展的步伐！