切削加工使用的车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具统称为刃具。

10.3.4.1　刃具类零件的工作条件、失效方式及性能要求

（1）刃具类零件的工作条件。

①刃具切削材料时，受到被切削材料的强烈挤压，刃部受到很大的弯曲应力。某些刃具（如钻头、铰刀）还会受到较大的扭转应力作用。

②刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃部温度可升到500～600 °C。

③机用刃具往往承受较大的冲击与振动。

（2）刃具类零件的失效形式。

①磨损：刃具在使用过程中发生的最主要的失效形式是刃具磨损，即刃具在切削过程中，其前刃面、后刃面上微粒材料被切削或工件带走的现象。刃具磨损常表现在后刃面上形成后角为零的棱带以及前刃面上形成月牙形凹坑。

②断裂：刃具在冲击力及振动的作用下折断或崩刀。

③刃部软化：由于刃部温度升高，若刃具材料的红硬性低或高温性能不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。

（3）刃具类零件的性能要求。

①高硬度。刃具材料的硬度必须高于工作材料的硬度，否则切削难以进行，在常温下，一般要求其硬度在60 HRC以上。

②高耐磨性。为承受切削时的剧烈摩擦，刃具材料应具有较强的抵抗磨损的能力，以提高加工精度及使用寿命。

③高红硬性。切削时由于金属的塑性变形、弹性变形和强烈摩擦，会产生大量的切削热，造成较高的切削温度，因此刃具材料必须具有高的红硬性，在高温下仍能保持高的硬度、耐磨性和足够的坚韧性。

④良好的强韧性。为了承受切削力，冲击和振动，刃具材料必须具备足够的强度和韧性才不致被破坏。

10.3.4.2　刃具类零件的选材

制造刃具的材料有碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等，根据刃具的使用条件和性能要求不同进行选用。(www.daowen.com)

（1）简单的手用刃具。

手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等简单、低速的手用刃具对红硬性和强韧性要求不高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。因此可用碳素工具钢制造，如T8、T10、T12钢等。碳素工具钢价格较低，但淬透性差。

（2）低速切削、形状较复杂的刃具。

丝锥、板牙、拉刀等可用低合金刃具钢 9SiCr、CrWMn制造。因钢中加入了Cr、W、Mn等元素，使钢的淬透性和耐磨性大大提高，耐热性和韧性也有所改善，可在低于300℃的温度下使用。

（3）高速切削用的刃具。

①高速钢。高速钢具有高硬度、高耐磨性、高的红硬性、好的强韧性和高的淬透性等特点，因此在刃具制造中广泛使用，用来制造车刀、铣刀、钻头和其他复杂精密刀具。常见的高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。高速钢的硬度为 62～68 HRC，切削温度可达500～550 °C，价格较贵。

②硬质合金。硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（TiC、WC 等）和金属用粉末冶金方法制成，常用硬质合金的牌号有YG6、YG8、YT6、YT15等。硬质合金的硬度很高（89～94 HRC），耐磨性、耐热性好，使用温度可达1 000 °C。它的切削速度比高速钢高几倍，但硬质合金制造刃具时的工艺性比高速钢差。一般制成形状简单的刀头，用钎焊的方法将刀头焊接在碳钢制造的刀杆或刀盘上。硬质合金刃具用于高速强力切削和难加工材料的切削。硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧性较差，价格较贵。

③陶瓷。陶瓷硬度极高、耐磨性和红硬性极好，也用来制造刃具。热压氮化硅陶瓷显微硬度为5 000 HV，耐热温度可达1 400 °C。立方氮化硼的显微硬度可达8 000～9 000 HV，允许的工作温度达1 400～1 500 °C。陶瓷刃具一般为正方形、等边三角形的形状，制成不重磨刀片，装夹在夹具中使用，用于各种淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料的精加工和半精加工。陶瓷刃具抗冲击能力较低，易崩刀。

10.3.4.3　典型刃具类零件的选材及加工工艺路线

（1）齿轮滚刀。

齿轮滚刀是用来生产齿轮的常用刃具，主要加工外啮合的直齿和斜齿渐开线圆柱齿轮。其形状复杂，精度要求高。材料选用 W18Cr4V 高速钢，工艺路线：热轧棒材下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火→精加工→表面处理。

锻造的目的一是成型，二是破碎、细化碳化物，使碳化物均匀分布，防止成品刃具崩刃和掉齿；退火的目的是便于机加工，并为淬火做好组织准备；表面处理，例如硫化处理、硫氮共渗、离子碳氮共渗-离子渗硫复合处理，表面涂覆TiC或TiN涂层等，是为了提高其使用寿命。

（2）板锉。

板锉是钳工常用的工具，用于锉削其他金属，如图 10.10 所示。其表面刃部要求有高的硬度（64～67 HRC），柄部要求硬度小于35 HRC。材料选用T12钢，加工工艺为热轧棒材下料→锻造→球化退火→机加工→淬火→低温回火。

球化退火的目的是使钢中碳化物呈粒状分布，细化组织，降低硬度，改善切削加工性能；同时为淬火做组织准备，使最终成品组织中含有细小的碳化物颗粒，提高钢的耐磨性。

图10.10　板锉