5第五讲 刀具切削部分几何参数的选择

2
为什么要选择刀具合理几何参数？ 为什么要选择刀具合理几何参数？
刀具的几何参数对切屑变形、切削力、 刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削 温度和刀具磨损都有显著影响， 温度和刀具磨损都有显著影响，从而影响切削加 工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。 工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。
如加工灰铸铁取γ =5° 15° 如加工灰铸铁取 o=5°～15°。 前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐减小。 前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐减小。 在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时， 在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负 前角。 前角。 实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时， 实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时， 切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。 切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。
在一定加工条件下， 在一定加工条件下，存在一 个耐用度为最大的前角， 个耐用度为最大的前角，即 合理前角γ 合理前角 opt
5
负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高 的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，
切削刃强度和耐冲击能力。 切削刃强度和耐冲击能力。
负前角刀具通常在用脆性刀具材料加工高强 度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、 度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、易产生 崩刃时才采用。 崩刃时才采用。
硬质合金车刀合理前角的经验数值
12
二、刃区参数及前刀面形状的选择 刃区参数及前刀面形状的选择
1.刃区参数 1.刃区参数 刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。 刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。
锋刃型
倒棱型
钝圆型
13
锋 刃
指刃磨前面和后面直接形成的切削刃。 指刃磨前面和后面直接形成的切削刃。但它也并不 是绝对锐利的， 是绝对锐利的，而在刃磨后自然形成一个切削刃钝 圆半径r 其数值取决于刀具材料、 圆半径 n，其数值取决于刀具材料、刃磨工艺和楔 角的大小。 角的大小。
6
前角的合理数值选取原则 选择前角时首先应保证切削刃锋利，同时又要兼 在保证加工质量的前提下， 顾足够的切削刃强度。在保证加工质量的前提下，一 般以达到最高的刀具寿命为目的。 般以达到最高的刀具寿命为目的。 刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、工 刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、 件材料的种类与性质。 件材料的种类与性质。
例如，新磨好的高速钢车刀可达rn=12～15µm。用金刚石 例如，新磨好的高速钢车刀可达 。 磨料研磨后， 可达7～14µm，而用立方氮化硼磨料仔细 磨料研磨后，rn可达 ， 研磨后可达rn=5～6µm。 研磨后可达 。 一般新磨好的硬质合金车刀，其切削刃钝圆半径 一般新磨好的硬质合金车刀，其切削刃钝圆半径rn=18～ 26µm。细晶粒硬质合金刀具的 n约为粗晶粒的 。细晶粒硬质合金刀具的r 约为粗晶粒的l／2～2／5。 。
8
工件材料
1.加工塑性材料时，切屑呈带状，沿刀具前面流出时 1.加工塑性材料时 切屑呈带状， 加工塑性材料 和前面接触长度较长，摩擦较大， 和前面接触长度较长，摩擦较大，为减小变形和摩 一般都采用正前角 工件材料塑性愈大， 正前角。 擦，一般都采用正前角。工件材料塑性愈大，强度 和硬度愈低时，前角应选得愈大。 和硬度愈低时，前角应选得愈大。
Pr
一、前角的功用及选择
前角是刀具上重要的几 何参数之一， 何参数之一，它的大小决定 切削刃的锋利程度和强固程 度，直接影响切削过程。 直接影响切削过程。
γo2 γo1
前角有正前角和负前角之分。 前角有正前角和负前角之分。
4
正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑
流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切 流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热， 削轻快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。 削轻快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。 楔角过小， 但前角过大时，楔角过小，会削弱切削刃部的强度并降低散 热能力，反而会使刀具寿命降低。 热能力，反而会使刀具寿命降低。
17
负倒棱前角对总切削力方向的影响
使切削合力的方向发生变化。 使切削合力的方向发生变化。 实验结果看出，当倒棱宽度b 实验结果看出，当倒棱宽度bγ1 一定时， 一定时，刀具总切削力的方向与 后面的夹角随负倒棱前角γ 后面的夹角随负倒棱前角γ01的增 大而增大， 大而增大，从而在一定程度上改 变了刀片的受力状况， 变了刀片的受力状况，减小了对 切削刃产生弯曲应力的比例分量。 切削刃产生弯曲应力的比例分量。 它对脆性刀具材料提高冲击能 力是极为有利的。 力是极为有利的。
怎样选择刀具合理几何参数？ 怎样选择刀具合理几何参数？
选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、 选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、 刀具材料、刀具类型，也与切削用量、 刀具材料、刀具类型，也与切削用量、工艺系统 刚性和机床功率等因素有关。 刚性和机床功率等因素有关。
3
第一节
前角及前刀面形状的选择
18
刃区倒棱参数的选择 主要取决于进给量、刀具材料和工件材料。 主要取决于进给量、刀具材料和工件材料。 进给量
无论刃区取何参数，随进给量的增加，刀具寿命就下降， 无论刃区取何参数，随进给量的增加，刀具寿命就下降，但下 降的程度随参数值而异。对应于某个进给量值， 降的程度随参数值而异。对应于某个进给量值，总有一个使刀 具寿命最高的倒棱参数值。 具寿命最高的倒棱参数值。 一般精加工时γ01要小些；粗加工时，进给量大，γ01要大些。 一般精加工时γ 要小些；粗加工时，进给量大， 要大些。 用硬质合金刀具加工钢时，负倒棱宽度b 一般不宜超过进给量。 用硬质合金刀具加工钢时，负倒棱宽度bγ1一般不宜超过进给量。 这时，切削力与锋刃相比增大较小， 大于f 这时，切削力与锋刃相比增大较小，bγ1大于f时，切削力将有 明显增大趋势。当负倒棱宽度大于一定数值时， 明显增大趋势。当负倒棱宽度大于一定数值时，切屑流出时只 和负倒棱部分接触，随即卷曲而去， 和负倒棱部分接触，随即卷曲而去，根本不和具有正前角的前 面接触，这时，负倒棱实际上即变成负前角的前面。 面接触，这时，负倒棱实际上即变成负前角的前面。
如：加工铝及铝合金取γo=25°～35°，加工低碳钢常取 o=20°～25°。 加工铝及铝合金取 =25° 35° 加工低碳钢常取γ =20° 25°
当工件材料强度较大、硬度较高时，由于单位切削力 工件材料强度较大、硬度较高时 切削温度容易升高，为了提高切削刃强度， 大，切削温度容易升高，为了提高切削刃强度，增加 刀头导热面积和容热体积，前角宜取小值。 刀头导热面积和容热体积，前角宜取小值。
7
刀具材料
刀具材料的强度和韧性较高时可选择较大的前角。 刀具材料的强度和韧性较高时可选择较大的前角。
高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。 高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。 的强度高 脆性大 因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大 因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些， 10° 不同牌号的硬质合金，其强度和韧性也不相同， 5°～10°。不同牌号的硬质合金，其强度和韧性也不相同，所 用前角也应有所区别。 用前角也应有所区别。 陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。 陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。 的脆性更大 要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4°～－15°范围) 要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－ ～－15°范围) 15 以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角( ～－10 10° 以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0°～－10°) 与之配合以改善切入时承受冲击的能力。 与之配合以改善切入时承受冲击的能力。 立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。 立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。 由于脆性更大
11
其他参数的选择
前角的合理数值不是孤立的， 前角的合理数值不是孤立的，还和刀面形状及 刃区参数以及其他角度有关， 刃区参数以及其他角度有关，特别是和刃倾角有密 切关系。 切关系。 例如：带负倒棱的刀具允许采用较大前角； 例如：带负倒棱的刀具允许采用较大前角； 大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度 和抗冲击能力。 和抗冲击能力。 许多先进刀具就是在针对某种加工条件， 许多先进刀具就是在针对某种加工条件，善于 灵活运用这些原则而产生的。 灵活运用这些原则而产生的。
倒 棱
倒棱是沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面( 倒棱是沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面(又称第 一前面) 增强刀刃强度的有效措施 的有效措施。 一前面)，是增强刀刃强度的有效措施。 负倒棱前的金属滞留区
当负倒棱面宽度和棱面前角选取 合理时，在切削过程中， 合理时，在切削过程中，棱面上将形 成滞留金属三角区。 成滞留金属三角区。在复杂应力状态 下可能转化为积屑瘤， 下可能转化为积屑瘤，使切屑层同工 件的分离面发生在刃前三角区的峰部。 件的分离面发生在刃前三角区的峰部。 这时，切屑仍沿着正前角的前面流出， 这时，切屑仍沿着正前角的前面流出， 切削力增大不明显， 切削力增大不明显，却使切削刃加强 并受到三角区滞留金属的保护， 并受到三角区滞留金属的保护，刀具 寿命明显提高。 寿命明显提高。
15
缺 点：
锋刃的强度和抗冲击性能较差，产生微小裂纹导致崩刃的 锋刃的强度和抗冲击性能较差，
可能性也较大。 可能性也较大。 因此，对于精细切削和微量切削的刀具锋刃， 因此，对于精细切削和微量切削的刀具锋刃，都要求仔细 刃磨和研磨，以获得小的切削刃钝圆半径，消除微小裂纹， 刃磨和研磨，以获得小的切削刃钝圆半径，消除微小裂纹， 提高刃口质量。 提高刃口质量。
14
优 点：
与倒棱切削刃和钝圆切削刃相比： 与倒棱切削刃和钝圆切削刃相比：
锋刃的钝圆半径很小，切削刃比较锋利。 锋刃的钝圆半径很小，切削刃比较锋利。