第四章 車 刀

在金屬車削加工過程中，車床是形成切削運動和動力的來源，車刀則直接改變毛坯的形狀，使其達到所需要零件的形狀和技術條件的工作部件。車刀的種類很多，在實際生產中，根據零件加工需要，可以自制所需車刀。圖4-1所示為生產中常用車刀類型，圖4-2為實際生產中所用自制車刀。

車刀的性能直接影響著產品質量和生產效率。車刀材質、幾何形狀和角度是影響車刀本身性能的主要因素，此外切削用量、刃磨技術等也是影響車刀切削狀態的重要因素影響，需合理選擇，現綜合敘述如下。

節 車刀材料的選擇

車刀的使用壽命和生產效率取決于車刀材料的切削性能。車刀由刀頭和刀桿兩部分組成，刀桿一般是用碳素結構鋼制成。由于刀頭擔任切削工作，因此刀頭材料必須具有下列基本性能：

1)冷硬性。車刀在常溫時具有較高的硬度，即車刀的耐磨性。2)紅硬性。車刀在高溫下保持切削所需的硬度，該溫度的值稱為"紅熱硬度"。

3)韌性。車刀切削部分承受震動和沖擊負荷所具有的強度和硬度。

車刀材料的以上三種性能是相互聯系、相互制約的，在具體選用時，要根據工件材料的性能和切削要求分析選用，同時還要結合車刀材料在價格、工藝性能方面加以考慮，以便于以較低的成本加工、刃磨和焊接制造車刀。

各種車刀材料的基本性能優劣順序比較見表4-1。

目前用來作車刀切削部分的材料主要有高速鋼、硬質合金和非金屬材料，碳素工具鋼、合金工具鋼多用作鉆頭、絲錐等工具，用作車刀的較少。現分別介紹作車刀刀頭的兩種主要材料：高速鋼及硬質合金。

一、高速鋼

高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼，又名鋒鋼、風鋼或白鋼。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2兩種牌號。其中用得最多的是Wl8Cr4V高速鋼。它們的化學成分如表4-2所示。

高速鋼材料分為帶黑皮的高速鋼和表面磨光的高速鋼兩種。前者是未經熱處理的高速鋼，后者是經熱處理的高速鋼。高速鋼硬度較高，具有一定的紅熱硬性，韌性和加工性能均較好。高速鋼車刀制造簡單，刃磨方便，容易磨得鋒利。由于高速鋼韌性好，常用于加工一些沖擊性較大、形狀不規則的零件，它也常用于制作精車刀，但因紅硬性不如硬質合金，故不宜用于高速切削。

二、硬質合金

硬質合金是由難熔材料的碳化鎢、碳化鐵和鈷的粉末在高壓下成形，經l350～1560"(2高溫燒結而成的材料，具有*的硬度，僅次于陶瓷和金剛石。硬質合金的紅硬性很好，在1000℃左右仍能保持良好切削性能；具有較高的使用強度，其抗彎強度可高達1000--1700MPa，但脆性大、韌性差、怕震，以上這些缺點可通過刃磨合理的角度加以克服，因此，硬質合金現已被廣泛應用。

常用的硬質合金可根據其制造的合金元素不同，分為以下四類：

1．鎢鈷合金

由碳化鎢和鈷組成，常溫時的硬度為HRA87～92，紅硬性為800--900，代號為YG，常用牌號為YG3、YG3X、YG6、YG6X、YG8、YGll等。其中YG3X及YG6X屬于細顆粒碳化鎢合金。YA6則是我國試制成功的一種含有少量碳化鈷的細顆粒硬質合金。

鎢鈷合金冷硬性很高，韌性也較好，宜用于加工脆性材料，如金屬蝕口鑄鐵，也可車削沖擊性較大的工件。由于它的紅硬度較差，在600℃時，鎢鈷合金容易和切屑粘結，使刀頭前面磨損，故不宜用于車削軟鋼等韌性金屬。

YG6X細顆粒碳化鈷合金耐磨性較好，其強度近似YG6，因此車削冷硬合金鑄鐵、耐熱合金鋼及普通鑄鐵等都有良好效果。

2．鎢鈦鉆合金

由碳化鎢、碳化鈦及元素鉆組成，代號用YT表示，常用的有YT5、YTl4、YTl5、YT30等牌號。鎢鈷鈦合金的冷硬性能和紅硬性能比硬質合金高。在高溫條件下比鎢鈷合金耐熱耐磨、抗粘性大，宜于加工鋼料及其他韌性金屬材料，但由于性脆，不耐沖擊，故不宜加工脆性金屬。

3．鎢鈷鈦鈮合金

它是鎢鈷鈦合金中的新產品，由碳化鎢、碳化鈦、鈷、少量碳化鈮組成，代號為YW，常用牌號為YWl、YW2。它的耐磨性和熱硬性都比較好，適用于切削各種鑄鐵和特殊合金鋼材，如不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等較難加工的材料。

4．鎢鈷鈮類合金

這是一種含有少量碳化鈮的細顆粒鎢鉆類硬質合金，代號為YA，常用牌號為YA6。它的耐磨性能更高，適合于不銹鋼、耐熱鋼、特硬鑄鐵、鐵合金、硬塑料、玻璃和陶瓷等的加工。

在選用硬質合金時，應根據硬質合金本身性能特點、加工工件材料和切削條件等因素綜合考慮。表4-3為常用硬質合金使用性能及使用范圍，可作為選用的參考。

除高速鋼和硬質合金兩種常用車刀切削材料外，還有碳素工具鋼、合金工具鋼、金剛石、陶瓷等。碳素工具鋼、合金工具鋼的切削性能差，而金剛石價格高，以上三者都較少采用。

由于陶瓷材料比硬質合金的紅硬性更高，耐磨性好，價格低，正成為一種應用廣泛的刀具材料，但由于該種材料性脆、怕沖擊、刃磨困難，所以在使用時仍受到一定的限制。表4-4是常用車刀材料的特性及其切削成本對比情況。

第二節 車刀刀具幾何角度的選擇及變化分析

為了順利地進行切削，必須了解車刀切削部分的幾何角度及其幾何角度在切削過程中變化。

一、車刀切削部分的幾何角度

1．車刀的組成部分

車刀的刀頭是車刀的切削部分。它由以下部分組成：

(1)前刀面：切屑流出時，刀頭與切屑相接觸的表面，又稱前面，用符號八表示。

(2)主后刀面：刀頭上與切削表面相對的表面，又稱主后面，用符號A表示。

(3)副后刀面：刀頭上與工件已加工表面相對的表面，又稱副后面，用符號"表示。車刀組成部分見圖4-3。

(4)主切削刃：前面與主后刃面的交線，它擔負主要的切削工作。

(5)副切削刃：前面與副后刃面的交線，它也起切削作用。

(6)刀尖：主切削刃與副切削刃的交點。

任何車刀都由以上部分組成，只是數目不*相同，如普通外圓車刀的刀頭部分一般由三面、兩刃和一尖組成，但切斷刀則由兩個副切削刃和兩個刀尖組成。

刀頭部分的切削刃可以是直線，也可以是曲線，如樣板車刀的切削刃就是曲線。

2．輔助基準面

為了確定和測量車刀的幾何角度，需要選擇幾個輔助平面作為基準面．見圖4-4。

(1)切削平面：通過切削平面并與該點切削速度方向相垂直的平面，用符號P，表示。

(2)基面：通過切削刃選定點并與工件過渡表面相切，且垂直于切削平面的平面，用符號P。表示。

(3)正交平面：通過主切削刃選定點且垂直于主切削平面和基面的平面。用符號Pn表示。

當主切削刃與水平面平行時，切屑流出的方向正接近于這一平面所處的位置，因此車刀上主要切削角度都在正交平面上進行測量，如前角、后角的測量。

3．車刀的切削角度

車刀的切削角度共有7項，用于表示切削部分的幾何形狀，并可在主截面與上述3個基準面內度量，如圖4-5所示。

(1)前角7。

它是車刀前刀面與基面之間在正交平面投影的角度，用符號7。表示。它是車刀切削部分的一個主要工作角度，直接影響車刀主切削刃的鋒利度和刃口強度。加大前角7。，可以減小切屑變形和摩擦，從而降低切削力和切削熱，切削起來較快，但另一方面前角過大，會削弱刀尖強度，減少散熱能力，加劇刀具磨損。(2)后角。

它是車刀副后刀面與基面之間在正交平面的投影角度，用符號a。表示。它影響主后面與過渡表面之間的摩擦情況。

(3)主偏角k，

它是主切削刃與進給方向在基面上投影的夾角，用符號k，表示。它影響主刀刃參加工作的長度，并影響切削力的大小。

(4)副偏角k：

它是副切削刃與進給方向在基面上投影的夾角，用符號k：表示。它影響已加工表面的粗糙度及副刀刃參加工作的長度。

(5)刀尖角e

刀尖角為主、副切削刃在基面上投影的夾角，用符號e表示。刀尖角的大小影響刀尖的強度及傳熱性能。它與前角、后角之間的羊乏喃．

(6)刃傾角A

它是主切削刃與基面間的夾角，用符號A表示。主要影響排屑情況和刀尖承受沖擊的能力。當刀尖是主切削刃點時A為正值；當刀尖是主切削刃點時A為負值。當刀刃與基面平行時A為零度。

(7)副后角口，

它是副切削平面在副截面內的夾角，用符號a，表示。其作用與后角a。相似。車刀靜止狀態下的幾何角度如圖4-6所示。

二、車刀幾何角度選擇

合理選擇車刀的幾何參數，可保證零件的加工精度、粗糙度，增大切削用量，減少車刀磨損，提高刀具耐用度，降低成本，提高生產效率。

1．前角70

前角70大小主要與需切削的工件材料及刀具材料性能有關，選擇前角70時可從以下一些影響因素進行考慮：

(1)工件材料對前角選擇的影響

車削塑性材料工件時，切屑呈帶狀，切削力集中在離主切削刃較遠的前刀面上，刀尖不易受損。為減少變形，應取較大的前角。而車削脆性材料工件，其切屑呈碎粒狀，加上工件表面硬度高，通常含有雜質及有砂眼縮孔等缺陷，使刀尖附近集中了很大的沖擊力。為保護刀尖，加工時一般情況下前角應取小些。

但在加工較硬材料工件時，因切削阻力大，應取較小前角，以保證車刀刀刃強度。如在加工鉻錳鋼、淬硬鋼工件時，車刀前角通常磨成負前角，以增加車刀耐用度。

(2)刀具材料對前角選擇的影響

采用硬質合金、高速鋼等不同刀具材料，切削時其車刀前角大小選擇有所不同，高速鋼車刀前角一般比硬質合金車刀的前角大。表4-4是硬質合金車刀和高速鋼車刀切削不同材料時前角的選擇。

(3)加工特點對前角選擇的影響

加工階段不同，前角的選擇不同。粗加工時，切削深度大、切削時的沖擊力大，為提高車削效率，應采用較小的前角；精加工時，切削深度小、進給量小、切削時的沖擊力小，為減少變形，提高精度，則前角可選擇大些，其值可較表4-4中的前角的選取增大5。左右。

2．后角a

后角的選擇原則是在保證刀具有足夠的散熱性能和強度的基礎上，保證刀具鋒利和減少與工件摩擦，一般不宜過大。否則會加速刀具磨損，降低刀具強度而造成崩刃。

在加工塑性材料時，由于工件表面彈性復原會與刀具后面發生摩擦，為了減少摩擦應取大些后角口。，加工脆性材料時，應取小些后角。高速鋼刀具后角a。一般可在6。～l2。之間選取。硬質合金刀具可在2。～l2。之間選取，粗車時3。～6。，精車時6。～l2。

3．主偏角k，

主偏角k，主要是改變刀具散熱情況，并適應機床一刀具一夾具系統的剛度需要。為了改善刀具的散熱情況，常采用較小的主偏角k，。因此選擇主偏角k，的原則是：在機床一刀具一夾具剛度允許的范圍內，主偏角尼r應盡量小些，一般可在45。～75。之間選取，但在車細長軸時為了減少工件彎曲和振動采用較大主偏角k，，一般可在75。～90。之間選取，車階臺軸時則取90。。

4．副偏角k：

副偏角k：的主要作用是減少副刀刃與工件之間的摩擦。此外，還可以改善工件表面光潔度及刀具散熱情況。副偏角k：一般可在10。～l5。之間選取。

5．刃傾角A

刃傾角A的作用是改變切屑流動方向，以增加刀尖強度。當刃傾角A是負值時，切屑向待加工面方向流出，刀尖強度差些。刃傾角A是正值時，切屑向已加工方向流出，刀尖強度高。當刃傾角．零度時，切削則垂直于刀刃方向流出。所以在選取角度時，粗加工取正值，精加工取負值。一般刃傾角A可在一4。～十4。之間選取。

以上角度一般均指靜態下測量的角度。

三、車刀安裝和切削運動對角度的影響車刀安裝得是否正確，對切削是否順利，車出來的工件表面是

否光潔等都有很大關系。有了合理角度的車刀，如果沒有正確安裝，它就不能發揮應有的作用。此外，由于切削時走刀運動的影響，也會使車刀角度改變。

1．車刀安裝高低對角度的影響

車刀刀尖應裝得與工件中心線一樣高，如圖4-7所示，這時車刀角度沒有變化。要做到這一點，我們可以用床尾頂針尖作為標準，或者先在工件端面車一印痕就可知道中心，也可以記住自己車床中拖板滑塊平面與工件中心線的距離，用鋼尺量其高低。

如果刀尖高于工件中心，如圖4-7(a)所示，這時切削平面位置改變，基面也隨著改變，結果造成前角增大，后角減小，造成車刀切人工件的困難。相反，如果刀尖低于工件中心，如圖4-7(c)所示，則前角減小，后角增大。

2．車刀安裝偏斜對角度的影響

車削時，一般車刀安裝總是與工件中心線垂直，這樣主偏角和副偏角不會改變。

如果車刀刀頭向左傾斜，主偏角將增大，副偏角則減小，如圖4-8(a)所示。相反，如果車刀刀頭向右傾斜，如圖4-8(C)所示。主偏角將減小，副偏角則增大。此外，在安裝車刀時，還應避

免車刀伸出太長，造成成車削振動，影響表面光潔度，甚至會折斷。一般伸出長度不超過刀桿高度的一倍半，如圖4-9所示。

(a)車刀安裝伸出量正確；(b)車刀安裝伸出量過長

車刀下面墊片要平整，如圖4-10，同時要盡可能用厚墊片代替薄墊片，刀架上的螺絲要擰緊。

四、走刀運動對切削運動的影車平面時，車刀按一定的走刀量在平面上車出一條螺旋線，愈近中心愈傾斜，這樣由于切削平面和基面位置改變，使車刀的后角減小，前角增大。走刀量增大，后角減小愈多，如果用很小的后角車刀以大走刀量進行車削，就無法實現車削了。車外圓時，在工件上車出來的也是一條螺旋線，走刀量愈大，傾斜愈厲害，結果使車刀后角減小，前角增大，如圖4-11所示。因此，在磨刀時要注意這個角度的變化。

第三節 刀具的刃磨

為了順利地進行切削，必須把車刀磨成一定的幾何形狀，刃磨是形成正確合理的刀頭幾何角度的必要手段。車刀刃磨可分為機械刃磨和手工刃磨兩種。機械刃磨的效率高，但對設備有一定的要求，一些有條件的單位可以采用。手工刃磨靈活，對設備要求低，一般工廠仍普遍的采用。車刀刃磨質量的好壞，直接影響著車削加工的質量。因此，刃磨車刀是車工必須掌握的主要基本技能之一，車刀刃磨的要點如下。

一、砂輪的正確選擇

常用的砂輪有氧化鋁系砂輪(剛玉砂輪)和碳化硅砂輪兩種。

氧化鋁系砂輪的主要成分是Al2Q，適于刃磨碳素工具鋼及高速鋼車刀；碳化硅砂輪磨料的主要成分是SiC，硬度很高，適于刃磨硬質合金刀頭。

砂輪有粗細之分。砂輪的粗細是以其磨料顆粒的大小進行區分的。粗細以粒度表示，當磨料的平均直徑大于63,am時，用恰好可以通過的篩網號來表示，粒度號越大，磨粒的尺寸越小，砂輪愈細。當磨粒平均直徑為0．5～63,am時，磨粒也稱為微粉，用W表示。粗磨車刀應選用較粗的軟砂輪，可選用40～60號較粗磨粒砂輪。精磨車刀可選用80～120號較細磨粒硬砂輪。

砂輪同時具有軟硬之分。其硬度是指砂輪表面的磨粒在外力作用下使其脫落的難易程度。磨粒越易脫落，則砂輪的硬度越低，反之則高。砂輪的硬度取決于砂輪結合劑的性能。砂輪的硬度分為軟、中軟、中、中硬、硬等級別。粗磨車刀時可選用較軟的砂輪，以提高生產率，精磨時則應用較硬的砂輪，以提高加工精度。

二、刃磨程序

高速鋼和硬質合金刀頭的刃磨有所不同，硬質合金刀片性硬而脆，刃磨時切削刃易產生鋸齒形缺口。以下分別介紹它們的刃磨過程的一般步驟。至于刃磨時的操作方法應在實踐中訓練，這里不作文字的描述。

1．高速鋼車刀刃磨一般步驟

(1)磨主后刀面

磨出車刀的主偏角k，和主后角口。如圖4-12所示

(2)磨副后刀面

磨出車刀的副偏角k：和主后角口，如圖4-13所示。

(3)磨前刀面

磨出車刀的前角y。和刃偏角A，如圖4一l4所示。

(4)磨刀尖圓弧

磨出主、副刀刃之間的過渡刃，如圖4-15所示。

(5)精磨

在較細硬的砂輪上仔細修磨刀頭各面，使車刀的幾何形狀和角度符合要求，并提高車刀的表面粗糙度。

(6)研磨

有精確角度的車刀，在刃磨時，還要考慮研磨，要求用平整的氧化鋁油石，輕研車刀后面和過渡刃，研去刀刃上留下的毛刺，或研磨棱面和斷屑槽，進一步減小各切削刃及各面的粗糙度。

2．硬質合金車刀刃磨一般步驟

(1)粗磨刀桿非硬質合金部位各面的幾何形狀

應在氧化鋁砂輪上進行，以便減少在刃磨刀片部位時的刃磨量。因此在刃磨主、副后角時可比刀片部位的主、副后角大。左右o

(2)粗磨刀頭

粗磨刀頭硬質合金部位各面，可在較粗的綠色碳化硅砂輪上進仃。其步驟是：

1)磨主后刀面，磨出車刀主偏角忌，；

2)磨副后刀面，磨出車刀副偏角志：和副后角口：；

3)磨車刀前面，磨出車刀前角托，刃傾角A及排屑槽形狀。以上磨削過程與高速鋼車刀磨削過程類似。

(3)精磨刀頭

在較細粒度的綠色碳化硅砂輪上精磨各面，準確的磨出各角度的大小，將各刃磨面磨平磨光。其步驟是：

1)精磨前面：

2)磨主后面，同時調整斜棱面的寬度：3)磨副后面，最后修磨過渡刃或修光刃。(4)研磨刀頭

用平整的400粒度的綠色碳化硅油石仔細研磨車刀各面，將刀刃上的鋸齒形缺口磨平，并使各面粗糙度在0．10以上。

三、刃磨車刀注意事項

1)握刀姿勢要正確，手指不能抖動，用力不能過大，以免手滑時觸及砂輪而受傷。

2)磨刀時，人站在砂輪的側面，防止砂輪粉屑或碎裂時飛出

3)砂輪必須有防護罩，砂輪未轉穩時不能磨刀，磨刀用砂輪不準磨其他物件。

4)磨碳素鋼、合金鋼及高速鋼刀具時，要經常冷卻，不能使刀頭燒紅。磨硬質合金刀頭時不要進行冷卻。

5)在盤形砂輪上磨刀時，應避免使用砂輪側面，在碗形砂輪上磨刀時，不準使用砂輪內、外圓。

6)刃磨時應將車刀左右移動，不能固定在砂輪一處，以免砂輪表面磨成凹槽。托架與砂輪之間的空隙不可超過3mm，以免不慎將車刀嵌入空隙，發生事故危險。

7)禁止兩人同時使用一個砂輪。四、車刀角度的檢查

車刀磨好后，必須檢查刃磨質量和角度是否合乎要求。檢查刃磨質量時，主要是觀察刀刃是否鋒利、表面是否有裂紋等缺陷。對于要求高的車刀，可用l0～20倍放大鏡觀察。

檢查角度時，先用樣板檢查車刀主后角，然后檢查楔角。如果這兩個角度合格，前角也就合乎要求了。其檢驗方法如圖4-16所示。

大川機械

車刀角度也可以用專用量角臺或游標量角器測量。其測量方法如圖4-17～圖4-20所示。其中圖4-17為車刀前角測量，圖4-18為車刀后角測量，圖4-19為車刀刃傾角測量，圖4-20為車刀主偏角和副偏角測量。