钳工常用刀具及刃磨

附注三　钳工常用刀具及刃磨

一、麻花钻

1．麻花钻的组成

麻花钻（见图3－1）由柄部、颈部和工作部分组成。

图3－1　麻花钻

（a）锥柄式；（b）直柄式

1）柄部

麻花钻有锥柄和直柄两种。一般钻头直径小于13mm的制成直柄，大于13mm的制成锥柄。柄部是麻花钻的夹持部分，它的作用是定心和传递扭矩。

2）颈部

颈部在磨削麻花钻时作退刀槽使用，钻头的规格、材料及商标常打印在颈部。

3）工作部分

工作部分由切削部分和导向部分组成。切削部分主要起切削工件的作用。导向部分的作用不仅是保证钻头钻孔时的正确方向、修光孔壁，在钻头重磨时，导向部分逐渐变为切削部分投入切削工作。

2．麻花钻工作部分的几何形状（见图3－2）

1）螺旋槽

钻头有两条螺旋槽，它的作用是构成切削刃，利于排屑和切削液畅通。螺旋槽面又叫前刀面。螺旋角（β）是钻头最外缘螺旋线的切线与钻头轴线的夹角。标准麻花钻的螺旋角在18°～30°之间。

2）主后刀面

主后刀面指钻头顶部的螺旋圆锥面。

3）顶角（2φ）

顶角即钻头两主切削刃在其平行平面内投影的夹角。顶角的大小影响主切削刃轴向力的大小。标准麻花钻的顶角为118°。

图3－2　麻花钻的几何形状

4）前角（γ₀）

前角是前刀面和基面的夹角。前角大小与螺旋角、顶角和钻心直径有关，而影响最大的是螺旋角。螺旋角越大，前角也就越大。前角大小是变化的，其外缘处最大，自外缘向中心渐小，在钻心至D／3范围内为负值；接近横刃处的前角约为－30°。

5）后角（α₀）

后角是主后刀面与切削平面之间的夹角。后角是在圆柱面测量的。后角也是变化的，其外缘处最小，越接近钻心后角越大。

6）横刃

钻头两主切削刃的连线（就是两主后刀面的交线）称为横刃。横刃太长，轴向力增大；横刃太短又会影响钻头的强度。

7）横刃斜角（Ψ）

在垂直于钻头轴线的端面投影中，横刃与主切削刃所夹的锐角，称为横刃斜角。它的大小主要由后角决定，后角大，横刃斜角小，横刃变长。标准麻花钻的横刃斜角一般为55°。

8）棱边

棱边有修光孔壁和作切削部分后备的作用。为减小与孔壁的摩擦，在麻花钻上制造了两条略带倒锥的棱边（又称刃带）。

3．麻花钻的刃磨（见图3－3）

刃磨麻花钻时，主要是刃磨两个主后刀面，同时要保证后角、顶角和横刃斜角正确。所以麻花钻的刃磨也是钳工较难掌握的一项操作技能。

麻花钻刃磨后必须达到以下4点要求：①顶角为118°±2°；②横刃斜角为50°～55°；③外缘处的后角为10°～14°；④两主切削刃长度以及和钻头轴心组成的两角要相等。

钻头使用变钝或根据不同的钻削要求而需要改变钻头切削部分的几何形状时，需要对钻头进行修磨。

1）修磨主切削刃（见图3－3（a））

磨主切削刃时，要将主切削刃置于水平状态，在略高于砂轮水平中心平面上进行刃磨，钻头轴心线与砂轮圆柱面素线在水平面内的夹角等于钻头顶角的一半。

图3－3　钻头的刃磨

（a）修磨主切削刃；（b）修磨横刃

刃磨时，右手握住钻头的头部作为定位支点，并控制好钻头绕轴心线的转动和加在砂轮上的压力，左手握住钻头的柄部作上下摆动。钻头绕自己的轴心线转动的目的是使其整个后刀面都能磨到，上下摆动的目的是为了磨出一定的后角。两手的动作必须配合协调。由于钻头的后角在钻头的不同半径处是不相等的，所以摆动角度的大小要随后角的大小而变化。

一个主切削刃刃磨好后，钻头绕其轴心线翻转180°刃磨另一主切削刃，这样就能使磨出的顶角与轴心线保持对称。

修磨主切削刃应注意以下几点。

（1）检查顶角的大小是否准确，两切削刃是否对称。其方法是把钻刃向上竖立，两眼平视，由于两主切削刃一前一后，会产生视觉误差，往往感到左刃（前刃）高而右刃（后刃）低，所以要旋转180°反复观察，判断是否对称。

（2）检查钻头主切削刃的后角α₀时，要注意检查后刀面靠近切削刃处的后角大小。因为后刀面是个曲面，若只粗略地检查后刀面离切削刃较远的部位，往往检查出来的数值不是切削刃处的后角大小。

（3）检查钻头近钻心处的后角，还可以通过检查横刃斜角是否准确来确定。

（4）修磨主切削刃是钻头刃磨的基本技能，修磨过程中，其主切削刃和顶角、后角和横刃斜角是同时磨出的，要求熟练地掌握好。

2）修磨横刃（见图3－3（b））

修磨横刃时，钻头与砂轮的相对位置为：先将刃背接触砂轮，然后转动钻头至切削刃的前刀面而把横刃磨短，钻头绕其轴线转180°修磨另一边，保证两边修磨对称。

4．钻孔方法

1）工件的划线

按钻孔的位置尺寸要求，划出孔位的十字中心线，并打上中心样冲眼，要求样冲眼要小，样冲眼中心要与十字交点重合。按孔的大小划出孔的圆周线。对较大的孔径，还应划出几个大小不等的检查圆，以便钻孔时检查和借正钻孔位置。当钻孔的位置精度要求较高时，为了避免敲击中心样冲眼时所产生的偏差，也可直接划出以孔中心线为对称中心的几个大小不等的方框，作为钻孔时的检查线，然后将中心样冲眼打上。

2）工件的装夹

工件钻孔时，要根据工件的不同形体以及钻削力的大小等情况，采用不同的装夹方法，以保证钻孔的质量和安全。常用的基本装夹方法如下。

（1）平整的工件可用平口钳装夹，装夹时，应使工件表面与钻头垂直。钻通孔时，工件底部应垫上垫块，空出落钻位置，以免钻伤钳身。

（2）圆柱形的工件可用V形架对工件装夹。装夹时应使钻头轴心线垂直通过V形架的对称平面，保证钻出孔的中心线通过工件的轴心线。

（3）对较大的工件且钻孔直径在10mm以上时，可用阶梯垫铁配压板夹持的方法进行钻孔。

3）直柄钻头的装拆（见图3－4）

图3－4　钻夹头上拆装钻头

直柄钻头用钻夹头夹持。先将钻头柄塞入钻夹头的三爪内，其夹持长度不能小于15mm，然后用钻夹头钥匙旋转外套，使环形螺母带动三只卡爪移动，做夹紧或放松动作。

4）台式钻床操作练习

（1）观察台钻的结构，熟悉各个手柄的作用，进行润滑练习。

（2）主轴由低速到高速逐级进行变速练习。

（3）练习手动进给，基本掌握匀速进给。

（4）工作台升降及固定练习。

（5）单项操作熟练后，可进行钻头装夹及空转、进给练习；同时进行台钻保养练习。

5）钻孔的注意事项

（1）严格遵守钻床操作规程，严禁戴手套操作。

（2）钻孔过程中需要检测时，必须先停车，后检测。

（3）钻孔时平口钳的手柄端（活动钳身）应放置在钻床工作台的左向，以防转矩过大造成平口钳落地伤人。

二、铰刀

1．铰刀的组成（见图3－5）

铰刀由柄部、颈部和工作部分组成。

柄部的作用是用来被夹持和传递扭矩。

柄部形状有锥、直和方榨形三种。

工作部分由引导（l₁）、切削（l₂）、修光（l₃）和倒锥（l₄）部分组成。引导部分可引导铰刀头部进入孔内，其导向角（κ）一般为45°；切削部分担负切去铰孔余量的任务；修光部分有棱边（b_a1），它起定向、修光孔壁、保证铰刀直径和便于测量等作用；倒锥部分是为了减小铰刀和孔壁的摩擦。

一般情况下铰刀前角为0°，后角为6°～8°，主偏角为12°～15°。根据工件材料不同，铰刀几何角度也不完全一样，其角度由制造时成形。

铰刀齿数一般为4～8齿，为测量直径方便，多采用偶数齿。

铰刀工作时最容易磨损的部位是切削部分与修光部分的过渡处。这个部位直接影响工件表面结构参数值的大小，不能有尖棱，每一个齿一定要磨得等高。

图3－5

2．铰刀的种类

铰刀按使用方法不同，可分为手用铰刀和机用铰刀。机用铰刀也有锥柄和直柄两种。

机用铰刀的特点是工作部分较短，而颈部较长，主偏角较大。标准机用铰刀的主偏角为15°。

手用铰刀的柄部制成方棒形，以便扳手或铰杠套入，用手工旋转铰刀来进行铰孔。手用铰刀的工作部分较长，主偏角较小，一般为4°～40°。

铰刀按切削部分材料不同，可分为高速钢和硬质合金两种。

铰刀按外部形状又分为直槽铰刀、锥铰刀和螺旋槽铰刀。

3．铰削用量

1）铰削余量

铰削余量是由上道工序（钻孔或扩孔）留下来在直径方向的余量。铰削余量既不能太大也不能太小。太大，会使刀齿切削刃负荷增大，变形增大，使铰出孔径尺寸精度降低，表面结构参数值增大；太小，上道工序残留变形难以纠正，原切削痕迹不能去除，影响孔的形状精度和表面结构。用高速钢标准铰刀铰孔时，铰削余量见表3－1。

表3－1　铰削余量

2）机铰时的切削速度（u）

用高速钢铰刀铰削钢件时，u＝4～8m／min；铰削铸铁件时，u＝6～8m／min；铰削铜件时，u＝8～12m／min。

4．切削液对铰孔质量的影响

铰孔时加注乳化液，铰出的孔径略小于铰刀尺寸，且表面结构参数值较小；铰孔时加注切削油，铰出的孔径略大于铰刀尺寸，且表面结构参数值较大；铰孔时不加注切削液（干切），铰出的孔径最大，且表面结构参数值也最大。

5．铰孔方法

1）铰孔润滑

铰孔时产生的热量容易引起工件和铰刀的变形，从而降低铰刀的寿命。铰削的切屑容易黏附在刀刃上，不仅能拉伤孔壁，还可能使孔径扩大。因此铰削时应合理选择切削液。

2）铰削要点

（1）工件要夹正、夹牢，使操作时对铰刀的垂直方向有一个正确的视觉判断。

（2）手铰时，两手用力要平衡，旋转铰杠的速度要均匀，铰刀不得摇摆，以保持铰削的稳定性，避免在孔口处出现喇叭口或将孔径扩大。

（3）手铰时，要变换每次的停歇位置，以消除铰刀常在同一处停歇而造成的振痕。

（4）铰刀铰孔时，不论进刀还是退刀都不能反转。因为反转会使切屑卡在铰刀刀齿后刀面将孔壁刮毛，甚至挤崩刀刃。

（5）铰削钢件时，要经常清除粘在刀齿上的积屑，并可用油石修光刀刃，以免孔壁被拉毛。

（6）铰削过程中如果铰刀被卡住，不能用力硬扳转铰刀，以防损坏铰刀。而应取出铰刀，清除切屑，检查铰刀，加注切削液。继续铰削时要缓慢进给，以防再次卡刀。

（7）机铰时，应使工件一次装夹进行钻、扩、铰，以保证铰刀中心线与钻孔中心线一致。铰孔完成后，要待铰刀退出后再停车，以防将孔壁拉出痕迹。

（8）铰尺寸较小的圆锥孔时，可先以铰刀的小端直径钻出底孔，然后用锥铰刀铰削。对尺寸和深度较大的圆锥孔，为减小切削余量，铰孔前可先钻出阶梯孔，然后再用锥铰刀铰削。铰削过程中要经常用相配的锥销来检查铰孔尺寸。

三、丝锥、板牙

1．攻螺纹

1）丝锥（见图3－6）

丝锥分手用丝锥和机用丝锥。丝锥由柄部和工作部分组成。柄部是攻螺纹时被夹持的部分，起传递扭矩的作用。工作部分由切削部分L₁和校准部分L₂组成。切削部分的前角γ₀＝8°～10°，后角α₀＝6°～8°，切削部分起切削作用。校准部分有完整的牙型，用来修光和校准己切出的螺纹，并引导丝锥沿轴向前进。校准部分的后角为0。

攻螺纹时，为了减小切削力和延长丝锥寿命，一般将整个切削工作量分配给几支丝锥来承担。通常M6～M24丝锥每组有两支；M6以下及M24以上的丝锥每组有三支；细牙螺纹丝锥为两支一组。成组丝锥切削量的分配形式有两种：锥形分配和柱形分配。

2）铰杠（见图3－7）

铰杠是手工攻螺纹时用来夹持丝锥的工具。每类铰杠又有固定式和活络式两种。

3）攻螺纹前底孔直径的确定

（1）攻螺纹时，丝锥对金属层有较强的挤压作用，因此攻螺纹之前的底孔直径应稍大于螺纹小径。

图3－6　丝锥

（a）切削部分齿部放大图；（b）手用丝锥；（c）机用丝锥

图3－7　铰杠

（2）攻制钢件或塑性较大的材料时，底孔直径的计算公式为：

D_孔＝D－P

式中：D_孔———螺纹底孔直径，mm；

　D———螺纹大径，mm；

　P———螺距，mm。

（3）攻制铸铁件或塑性较小的材料时，底孔直径的计算公式为：

D_孔＝D－（1．05～1．1）P

式中：D———螺纹大径，mm；

　P———螺距，mm。

4）攻螺纹底孔深度的确定

攻盲孔螺纹时，由于丝锥切削部分有锥角，端部不能攻出完整的螺纹牙形，所以钻孔深度要大于螺纹的有效长度。钻孔深度的计算公式为：

H_深＝h_有效＋0．7D

式中：H_深———底孔深度，mm；

　h_有效———螺纹有效长度，mm；

　D———螺纹大径，mm。

2．套螺纹

用板牙在外圆柱面上（或外圆锥面）切削出外螺纹的加工方法，称为套螺纹。套螺纹用的工具有板牙（见图3－8）和板牙架（见图3－9）。板牙有封闭式和开槽式两种结构。

图3－8　板牙

（a）封闭式；（b）开槽式

图3－9　板牙架

套螺纹时，金属材料因受板牙的挤压而产生变形，牙顶将被挤得高一些，所以套螺纹前圆杆直径应稍小于螺纹大径。圆杆直径的计算公式为：

d_杆＝d－0．13P

式中：d_杆———套螺纹前圆杆直径，mm；

　d———螺纹大径，mm；

　P———螺距，mm。

3．攻螺纹、套螺纹技能训练

1）攻螺纹的方法和要点（见图3－10）

图3－10　攻螺纹方法

（a）起攻；（b）检查攻螺纹垂直度

（1）攻螺纹前要对底孔孔口倒角，且倒角处的直径应略大于螺纹大径，通孔螺纹两端都要倒角。这样使丝锥开始起攻时容易切入材料，并能防止孔口处被挤压出凸边。

（2）工件的装夹位置应尽量使螺孔中心线置于垂直或水平位置，使攻螺纹时容易判断丝锥轴线是否垂直于工件的平面。

（3）起攻时，要把丝锥正放在孔口上，然后对丝锥加压并转动铰杠，当丝锥切入1～2圈后，应及时检查并校正丝锥的位置。检查应在丝锥的前后、左右方向上进行。一般在切入3～4圈后，丝锥的位置应正确无误，不能再有明显的偏斜或进行强行纠正。

（4）当丝锥的切削部分全部切人工件后，只须转动铰杠即可，不能再对丝锥施加压力，否则螺纹牙形将被破坏。攻螺纹时，要经常倒转1／4～1／2圈，使切屑断碎后容易排出，避免因切屑阻塞而使丝锥卡死。

（5）攻不通孔时，要经常退出丝锥，排出孔内的切屑，否则会因切屑阻塞使丝锥折断或达不到螺纹深度要求。

（6）攻塑性材料的螺孔时，要加注切削液，以减小切削阻力，减小螺孔的表面结构参数值，延长丝锥使用寿命。

（7）用成组丝锥攻螺纹时，必须以头锥、二锥、三锥的顺序攻削至标准尺寸。在较硬的材料上攻螺纹时，可用各丝锥轮换交替进行，以减小切削刃部的负荷，防止丝锥折断。

2）丝锥的修磨（见图3－11）

图3－11　修磨丝锥

当丝锥的切削部分磨损时，可以适量修磨其后刀面。修磨时要注意保持各刃瓣的半锥角及切削部分长度的准确性和一致性。

当丝锥校准部分磨损时，应修磨其前刀面。可用棱角修圆的片状砂轮修磨，并控制好前角γ₀的大小。

3）套螺纹的方法

（1）为了使板牙容易切入材料，圆杆端要倒成锥角，锥体的最小直径应比螺纹小径略小，避免螺纹端部出现锋口和卷边。

（2）套螺纹时切削力矩较大，圆杆类工件要用V形钳口或厚铜板作衬垫，才能保证夹紧可靠。

（3）起套时，要使板牙的端面与圆杆轴线垂直。要在转动板牙时施加轴向压力，转动要慢，压力要大。

（4）起套完成正常套螺纹时，不要加压，让板牙自然引进，以免损坏螺纹和板牙，并要经常倒转断屑。

（5）在钢件上套螺纹要加注切削液。

四、刮刀刃磨与热处理

1．刮刀的种类

刮刀头一般由T12A碳素工具钢或耐磨性较好的GCR15轴承钢锻造并经磨制和热处理淬硬而成。

刮刀分平面刮刀和曲面刮刀两大类。

1）平面刮刀（见图3－12）

图3－12　平面刮刀

（a）普通刮刀；（b）活头刮刀

平面刮刀用于刮削平面，按所刮表面精度不同，可分为粗刮刀、细刮刀和精刮刀三种。

2）曲面刮刀（见图3－13）

图3－13　曲面刮刀

（a）、（b）三角刮刀；（c）蛇头刮刀

曲面刮刀用于刮削内曲面，如滑动轴承内孔等。曲面刮刀主要有三角刮刀和蛇头刮刀两种。

2．平面刮刀的刃磨及热处理

1）平面刮刀的几何角度

刮刀的角度按粗、细、精刮的要求而定。三种刮刀顶端角度如图3－14所示：粗刮刀为90°～92．5°，刀刃平直；细刮刀为95°左右，刀刃稍带圆弧；精刮刀为97．5°左右，刀刃带圆弧；刮韧性材料的刮刀，可磨成正前角，但这种刮刀只用于粗刮。刮刀平面应平整光洁，刃口无缺陷。

图3－14　刮刀切削部分的几何形状和角度

（a）粗刮刀；（b）细刮刀；（c）精刮刀；（d）韧性材料刮刀

2）粗磨（见图3－15）

图3－15　平面刮刀在砂轮上粗磨

（a）粗磨刮刀平面；（b）粗磨刮刀顶端面；（c）顶端面粗磨方法

粗磨时分别将刮刀两平面贴在砂轮侧面上，开始时应先接触砂轮边缘，再慢慢平放在侧面上，不断地前后移动进行刃磨，两面都达到平整后，在刮刀全宽上用肉眼看不出有显著的厚薄差别。然后粗磨顶端面，把刮刀的顶端放在砂轮边缘上，平稳地左右移动刀刃，要控制刮刀端面与刀身中心线垂直，磨时应先以一定倾斜度与砂轮接触，再逐步转动到水平位置。如直接按水平位置靠上砂轮，刮刀会颤抖不易磨削，甚至会出事故。

3）热处理

将粗磨好的刮刀，放在炉火中缓慢加热到780～800℃（呈樱红色），加热长度为25mm左右，取出后迅速放入冷水中（或10%的盐水中）冷却，进入深度为8～10mm。刮刀接触水平面时，进行缓缓平移和间断的少许上下平移，这样可不使淬硬部分留下明显界限。当刮刀露出水面部分呈黑色，由水中取出观察其刃部颜色为白色时，迅速把整个刮刀浸入水中冷却，直到刮刀全冷后取出即成。热处理后刮刀切削部分硬度应在HRC60以上，用于粗刮。精刮刀及刮花刮刀，淬火时可用油冷却，刀头不会产生裂纹，金属的组织较细，容易刃磨，切削部分硬度接近HRC60。

4）细磨

热处理后的刮刀要在细砂轮上细磨，基本达到刮刀的形状和几何要求。刮刀刃磨时必须经常蘸水冷却，避免刀口部分退火。

5）精磨

刮刀精磨须在油石上进行。操作时在油石上加适量机油，先磨两平面，直至平面平整，表面结构参数R_a小于0．2μm。然后精磨端面，刃磨时左手扶住手柄，右手紧握刀身，使刮刀直立在油石上，略带前倾地向前推拉，拉回时刀身略微提起，以免磨坏刃口，如此反复，直至切削部分形状和角度符合要求，且刃口锋利为止。初学时还可将刮刀上部靠在肩上，两手握刀身。待熟练后采用前述磨法。

3．挺刮法

1）挺括的姿势（见图3－16）

将刮刀柄放在小腹右下侧，双手并拢握在刮刀前部距刀刃80mm左右处（左手在前，右手在后），刮削时刮刀对准研点，左手下压，利用腿部和臀部的力量，使刮刀向前推挤，在推动到位的瞬间，用双手将刮刀提起，完成一次刮点。

2）研点方法

将刮削平面擦净，并涂上一层较薄的红丹粉，用以标准平板在其上拖研，但平板移动距离不宜过大，且不要对平板施加压力，否则研出来的点子不真实。

图3－16　挺刮法