金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律()

第2章金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律第4講

刀具幾何參數(shù)的合理選擇機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)2023/2/31山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺目的要求牢固掌握前角、前刀面、后角、主、副偏角的功用及選擇原則；

一、前角及前刀面型式的選擇二、后角的選擇三、主副偏角及刀尖形狀的選擇四、刃傾角的功用及選擇2023/2/32山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.5刀具幾何參數(shù)的合理選擇2023/2/33山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺刀具切削性能的影響因素：刀具材料刀具結(jié)構(gòu)切削部分的幾何參數(shù)2023/2/34山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺當(dāng)?shù)毒卟牧虾偷毒呓Y(jié)構(gòu)確定之后，刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削性能的影響十分重要。刀具幾何參數(shù)影響到：切削力的大小、切削溫度的高低、切屑的連續(xù)與碎斷、加工質(zhì)量的好壞以及刀具耐用度、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本的高低等。刀具幾何參數(shù)的合理選擇是提高金屬切削效益的重要措施之一。2023/2/35山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺刀具幾何參數(shù)的選擇原則：在保證加工質(zhì)量的前提下，刀具耐用度高、生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)成本要低。粗加工和半精加工時(shí)，主要考慮生產(chǎn)率和刀具耐用度。精加工時(shí)，主要考慮保證加工質(zhì)量。刀具幾何參數(shù)之間相互影響又相互聯(lián)系。如選擇大的前角可以減小切屑變形、降低切削力，但前角增大會(huì)使刀楔角減小，散熱變差，刃口強(qiáng)度削弱，因此，應(yīng)根據(jù)具體情況選取合理值。2023/2/36山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.5.1前角及前刀面型式的選擇

1.前角的功用增大o，減小、Fr、Pm；增大o，改善刀接觸面的摩擦狀況，降低、刀具磨損，提高T增大o，減小或抑制積屑瘤，減少振動(dòng)，改善加工表面質(zhì)量。o太大時(shí)，使刀楔角減小，散熱條件和刃口強(qiáng)度削弱，T反而下降。2023/2/37山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺在一定切削條件下，存在一個(gè)刀具耐用度最大的前角值即合理前角opt。圖3-32和圖3-33分別為加工不同材料時(shí)刀具的合理前角及不同刀具材料的合理前角。2023/2/38山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺加工不同材料時(shí)刀具的合理前角不同刀具材料的合理前角2023/2/39山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.前角的選擇合理前角選擇原則：取決于工件材料和刀具材料的種類(lèi)和性質(zhì)。(1)

工件材料塑性越高，opt越大，塑性越低，opt越小。原因：切塑性高材料時(shí)，增大o可減小、Fr、刀具磨損；切脆性材料時(shí)，產(chǎn)生崩碎切屑，F(xiàn)r集中在切削刃附近，o對(duì)影響不大，又為防止崩刃應(yīng)選較小o；2023/2/310山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(2)工件材料硬度、強(qiáng)度低時(shí)，切削力、切削溫度較低，可較大o；工件材料硬度、強(qiáng)度高時(shí)，切削力、溫度較高，為保證刃口強(qiáng)度、增大散熱面積，應(yīng)較小o。(3)刀具材料強(qiáng)度和沖擊韌性越高，opt越大；刀具材料強(qiáng)度低、韌性低，則opt越小。2023/2/311山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(4)按加工條件選擇：粗加工：Fr大（斷切時(shí)沖擊大），opt應(yīng)?。痪庸ぃ篎r小，要求刃口鋒利，opt應(yīng)大；工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床功率小時(shí)，opt應(yīng)大；自動(dòng)機(jī)床加工刀具，opt應(yīng)小，以提高切削性能的穩(wěn)定性和尺寸耐用度2023/2/312山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺3.前刀面型式的選擇常見(jiàn)前刀面型式2023/2/313山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(1)正前角平面型（圖a）最基本型式，制造簡(jiǎn)單，刃口鋒利，但刃口強(qiáng)度差；常用于精加工，卷屑、斷屑性能差。2023/2/314山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(2)帶倒棱正前角平面型（圖b）增強(qiáng)了刀刃強(qiáng)度；用于脆性高的刀具如陶瓷、硬質(zhì)合金，可用于斷切；負(fù)倒棱寬度b1=(0.30.8)f。粗加工取大值，精加工取小值；負(fù)倒棱前角01=-5-10（硬質(zhì)合金）。a型沿切削刃磨出窄負(fù)倒棱。2023/2/315山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(3)正前角曲面帶倒棱型（圖c）b型沿切削刃磨出曲面形成。曲面起卷屑作用，增大前角，改善切削條件；用于粗加工、半精加工塑性材料。2023/2/316山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(4)負(fù)前角單平面型（圖d）硬質(zhì)合金、陶瓷刀具切削高強(qiáng)度、高硬度或淬火鋼或帶硬皮材料，及有沖擊的粗加工等場(chǎng)合；特點(diǎn)：抗沖擊能力強(qiáng)。2023/2/317山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(5)負(fù)前角雙平面型（圖e）用于磨損發(fā)生在前、后刀面時(shí)，為減少前刀面刃磨面積，充分利用刀片材料；一重前刀面的寬度應(yīng)保證切削作用（足夠的刃口強(qiáng)度），可用于強(qiáng)力切削。2023/2/318山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.5.2前刀面與切屑控制危害：纏繞工件或刀具（切鋼時(shí)），劃傷工件、損壞刀具；切屑碎片（切鑄鐵時(shí)）四處飛濺，影響安全。切屑的控制是生產(chǎn)的關(guān)鍵：在高速切削中；在自動(dòng)化加工中。研究切屑的控制（卷、斷屑）方法和機(jī)理非常重要。2023/2/319山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺1.切屑的形狀帶狀屑、C型屑、崩碎屑、螺卷屑、長(zhǎng)緊卷屑、寶塔狀屑、發(fā)條狀屑等。

2023/2/320山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2023/2/321山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2023/2/322山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺帶狀屑切削平穩(wěn)，希望得到。但連綿不斷，纏繞工件、刀具，從而損壞之。故常將其轉(zhuǎn)變成螺卷屑或長(zhǎng)螺卷屑，易清理。C型屑對(duì)數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)線生產(chǎn)較佳，但頻繁碰撞工件、刀具，產(chǎn)生振動(dòng)，影響粗糙度。2023/2/323山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺發(fā)條狀卷屑重型機(jī)床采用大ap和f得到（便于清理、安全）。寶塔狀切屑自動(dòng)化生產(chǎn)中希望得到，清理方便。螺狀斷屑用波形刃車(chē)刀加工脆性金屬（鑄鐵、脆黃銅等），使切削平穩(wěn)，提高加工質(zhì)量。2023/2/324山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.卷屑機(jī)理卷屑機(jī)理在切屑流出時(shí)，受到額外作用力而發(fā)生附加變形彎曲。(1)自然卷曲機(jī)理切屑沿正前角平面型前刀面流出時(shí)，v不很高時(shí)，切屑往往自行卷曲。(2)卷屑槽卷屑機(jī)理前刀面上磨出卷屑槽或選擇帶卷屑槽的刀片（可轉(zhuǎn)為刀具），當(dāng)切屑流出并受到卷屑槽附加力后發(fā)生卷曲。2023/2/325山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺3.斷屑機(jī)理：切屑在切削過(guò)程中受到較大變形（基本變形）后，其硬度提高，塑性降低，性質(zhì)變脆（為切屑的折斷創(chuàng)造了條件）；切屑流出時(shí)，受到卷屑槽或斷屑臺(tái)的阻擋，再次產(chǎn)生變形（附加變形），進(jìn)一步脆化，當(dāng)它碰到后刀面或工件的過(guò)渡表面時(shí)即可折斷。2023/2/326山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.5.3后角的選擇

1.后角功用后角大小影響到后刀面與工件加工表面之間（刀工接觸區(qū)）的摩擦，影響刀楔角大小，也影響刃口強(qiáng)度、散熱面積。2023/2/327山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺功用：增大o，可以減少刀具的磨損（原因：減小了加工表面上由于彈、塑性變形產(chǎn)生的彈性恢復(fù)層與后刀面的接觸長(zhǎng)度），提高加工表面質(zhì)量。增大o，楔角減小，刃口半徑r減小，刃口鋒利，易切入工件，減小變質(zhì)層深度。但o，楔角，散熱條件變差，刃口強(qiáng)度削弱，T或刀具破損。增大o，在VB相同時(shí)，達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)磨去金屬體積多，刀具耐用度高；但在NB相同時(shí)，則允許磨去金屬體積少，刀具（尺寸）耐用度低。

2023/2/328山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺后角的大小對(duì)刀具材料磨損體積的影響a)VB一定b)NB一定2023/2/329山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.后角的選擇選擇原則：根據(jù)切削厚度ac（或按粗、精加工）。精加工：ac小，主要是后刀面磨損，為刃口鋒利，應(yīng)較大o；粗加工：ac大，F(xiàn)r、高，為提高刃口強(qiáng)度、改善散熱，應(yīng)較小o工件材料強(qiáng)度、硬度高：宜選小o（原因：提高刃口強(qiáng)度、改善散熱）；工件材料塑性大：宜選大o（原因：易加工硬化，后刀面摩擦對(duì)刀具磨損和加工表面質(zhì)量影響較大，故大o）；2023/2/330山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺工藝系統(tǒng)剛性差：為防止振動(dòng)宜選小的o，甚至磨出消振棱（o1<0，原因：增加后刀面與加工表面的接觸面積，可產(chǎn)生同振動(dòng)位移方向相反的摩擦阻力，從而減小振動(dòng)）。消振棱車(chē)刀2023/2/331山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺零件尺寸精度要求高：宜選擇較小o副后角的功用與主后角相同，如車(chē)刀其副后角與主后角值相同，為4～6切斷刀和切槽刀受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響，只能取得很小1～2。

切斷刀的副后角和副偏角2023/2/332山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.5.3主、副偏角及刀尖形狀的選擇

主偏角、副偏角、刀尖形狀的共同點(diǎn)：影響刀尖強(qiáng)度、散熱面積、熱容量、刀具耐用度、已加工表面質(zhì)量。2023/2/333山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺1．主偏角的功用Kr減小，r增大，刀尖強(qiáng)度提高，散熱體積增大，刀具耐用度提高；Kr減小，aw增大，ac減小，增大切削刃工作長(zhǎng)度，單位切削刃的負(fù)荷小，有利于提高刀具耐用度；Kr減小，使Fy（切深抗力）增大，易引起振動(dòng)和使工件彎曲變形（如加工細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件），降低加工精度；Kr影響切屑形狀、流出方向、斷屑性能；2023/2/334山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺Kr減小，加工表面殘留面積高度減小，降低粗糙度；主偏角較小的刀具在切入時(shí)，最先與工件接觸處是遠(yuǎn)離刀尖的地方，而不是像Kr

＞90時(shí)那樣在刀尖處，也不會(huì)像Kr

=90時(shí)那樣，主切削刃參加切削部分同時(shí)切入工件，因而可減少因切入沖擊而造成的刀尖損壞。2023/2/335山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺（書(shū)中無(wú)此圖）其中，硬質(zhì)合金的曲線是工藝系統(tǒng)較低的情況由上圖可知，從刀具耐用度出發(fā)，刀具的主偏角理應(yīng)是小些為好。主偏角對(duì)刀具耐用度的影響2023/2/336山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2．主偏角的選擇工件材料強(qiáng)度、硬度高：選較小Kr，增大刀尖強(qiáng)度、散熱體積、減小單位切削刃負(fù)荷；硬質(zhì)合金刀具粗加工和半精加工：選較大Kr，有利于減少振動(dòng)（降低Fy）和容易斷屑（切屑彎向待加工表面）。主偏角對(duì)切削力的影響2023/2/337山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺工藝系統(tǒng)剛性好：選較小Kr，提高刀具耐用度（原因：r增大，刀尖強(qiáng)度提高，散熱體積增大）；加工細(xì)長(zhǎng)軸（剛性差），Kr90，以減小徑向力Fy

另外，有主偏角特殊要求的刀具，主偏角有90偏刀（車(chē)階梯軸），45倒角車(chē)刀（同一把刀加工外圓、端面、倒角）等。2023/2/338山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺3.副偏角功用及選擇Kr功用與Kr基本相同。Kr選擇原則：已加工表面Ra要求?。哼x小Kr，有時(shí)磨出修光刃（Kr=0)工藝系統(tǒng)剛性差：Kr不宜太小，以不致引起振動(dòng)為原則；切斷、切槽刀：由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度因素，一般Kr取1～3。修光刃2023/2/339山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺4.刀尖形狀及尺寸選擇刀尖的形狀及尺寸：對(duì)刀具的耐用度、加工表面質(zhì)量、刀尖強(qiáng)度有很大影響。

原因：刀尖處散熱條件不好、強(qiáng)度差、切削溫度高、易磨損。2023/2/340山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺切削部幾何形狀2023/2/341山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺1．圓弧過(guò)渡刃r（減小Kr）可提高刀具耐用度、強(qiáng)度、降低Ra；r太大（Kr?。?，則Fy大，會(huì)引起振動(dòng)；硬質(zhì)合金刀具r=0.1～1.0mm。2023/2/342山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2．直線過(guò)渡刃硬質(zhì)合金刀具粗加工時(shí)，為了減少?gòu)较蛄y和振動(dòng)，又要保證刀尖強(qiáng)度和散熱條件，應(yīng)采用直線過(guò)渡刃；一般情況下，Kre0.5Kr，b=0.5～2mm（寬度）或b=(1/4～1/5)ap切斷刀r1/4B（B是主切削刃寬度，切斷刀有兩條副切削刃）；過(guò)渡刃后角與主切削刃后角相同。2023/2/343山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺2.5.4刃傾角的功用及選擇

1.刀傾角的功用刃傾角和前角決定：前刀面的傾斜狀況。刃傾角功用：(1)控制切屑流出方向

刃傾角對(duì)排屑方向的影響2023/2/344山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺s=0時(shí)，切屑在前刀面上近似沿主切削刀的法線方向流出。s<0時(shí)，切屑流向已加工表面；s>0時(shí)，切屑流向過(guò)渡表面。據(jù)此，可控制切屑的流向。2023/2/345山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(2)影響切削刃鋒利程度當(dāng)λs≠0°時(shí)，切屑在前刀面上流出方向與切削刃法線呈一夾角ψλ

(凱帕)，ψλ角稱(chēng)為流屑角。在流屑剖面內(nèi)，實(shí)際刀尖鈍圓半徑rβe<rβ，因此，切削刃鋒利性增大，對(duì)微量切削很有利。圖2-43表示|λs|對(duì)實(shí)際刀尖鈍圓半徑的影響情況2023/2/346山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺圖為s對(duì)實(shí)際刃口半徑影響情況，可見(jiàn)，s越大，re越小。刃傾角對(duì)實(shí)際刃口鈍圓半徑的影響2023/2/347山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(3)影響切削刃切入時(shí)接觸點(diǎn)的變化當(dāng)s＜0時(shí)，切入時(shí)離刀尖較遠(yuǎn)的切削刃上的點(diǎn)先接觸工件（斷續(xù)切削時(shí)，希望第一接觸點(diǎn)不要發(fā)生在刀尖位置，所以應(yīng)使s＜0）s=0時(shí)，切削刃同時(shí)接觸工件；s>0時(shí)，刀尖先接觸工件。

刃傾角對(duì)切削刃沖擊點(diǎn)的影響2023/2/348山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(4)影響切入切出時(shí)平穩(wěn)性s=0時(shí)，切削刃同時(shí)切入、切出工作，切削力大，切削有沖擊現(xiàn)象s0時(shí)，切削刃逐漸切入、切出工件，切削平穩(wěn)。2023/2/349山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(5)影響切削分力比值以外圓車(chē)刀為例，s由10變化到-45時(shí)，F(xiàn)y增加約一倍，F(xiàn)x減少到三分之一。2023/2/350山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李凱嶺(6)影響切削刃工作長(zhǎng)度當(dāng)s絕對(duì)值越大時(shí)，ap不變，切削刃工作長(zhǎng)度越長(zhǎng)，單位切削刃負(fù)荷越小，有利于提高刀具耐用度。2