第二章 數(shù)控加工的切削基礎1.3

三、主偏角和副偏角一）主偏角的功用和選擇

1、主偏角的功用主偏角可影響刀具的耐用度、已加工表面粗糙度以及切削力的大小。主偏角小，則刀頭強度高，散熱條件好，以加工表面殘留面積高度小，參加切削的主切削刃長度長，作用在主切削刃上面的平均負荷小。但是背向力大，切小厚度小，斷屑效果差。主偏角較大時，所產(chǎn)生的影響與上述完全相反。2、合理主偏角的選擇a.主偏角的選擇與加工過程的關系在剛度好的機床上加工冷硬鑄鐵等高硬度高強度材料時，為減輕刀刃負荷，增加刀尖強度，提高刀具耐用度，一般取比較小的值，κr＝10°～30°反之，工藝系統(tǒng)的剛性差時取較大的主偏角，一般κr＝60°～75°，甚至主偏角κr可以大于90°，以避免加工時工藝系統(tǒng)的振動和彈性變形

二）副偏角的功用和選擇1、副偏角的功用主要是減小副切削刃和已加工表面的摩擦。2、副偏角的選擇1）一般刀具，在不引起振動的情況下，選較小的副偏角。車、刨刀5-10°2）精加工刀具應更小些，以減小殘留面積和表面粗糙度。3)加工高強度、高硬度材料或斷續(xù)切削，應取較小副偏角，以提高刀尖強度，改善散熱條件。4）切斷刀、鋸片刀、曹銑刀，為保證刀頭強度和重磨后刀頭寬度變化較小，只能取很小的副偏角。即1-2°.副偏角的選擇原則是，在不影響摩擦和振動的條件下，應選取較小的副偏角。四、刃傾角的選擇一）刃傾角的功用

刃傾角主要是影響切屑流向和刀尖強度。當λs為負值時，切屑開始時刀尖與工件后接觸，切屑流向已加工表面，并形成長螺卷屑，容易損害加工表面。但切屑流向機床尾座，不會對操作者產(chǎn)生大的影響。在粗加工開始，尤其在斷續(xù)切削時，可避免沖擊，起保護作用。并改善刀具散熱條件。當λs為正值，切屑開始時刀尖與工件先接觸，切屑流向待加工表面，可避免纏繞機床的轉(zhuǎn)動部件和劃傷已加工表面，影響操作者工作，影響機床的正常運行，對半精、精加工有利。二）.刃傾角的選擇原則1）粗加工刀具，可取λs<0°，已使刀具有較高的強度和散熱條件，并使刀尖切入工件免受沖擊。精加工，可取λs>0°，使切屑流向待加工表面，提高表面質(zhì)量。2）斷續(xù)切削、工件表面不規(guī)則、沖擊大時，應取λs<0°，提高表面質(zhì)量。3）切削硬度高材料，應取絕對值較大的負刀傾角，使刀具強度足夠。4）工藝系統(tǒng)剛性差時，應取λs>0°，以減小背向力，避免切削振動。五、其它幾何參數(shù)的選擇一）負倒棱及其參數(shù)選擇在粗加工鋼和鑄鐵的硬質(zhì)合金刀具上，常在主切削刃上刃磨出一個前角為負值的倒棱面，稱負倒棱。作用是增加刀刃強度，改善刃部散熱條件，避免崩刃并提高刀具耐用度。由于倒棱寬度很窄，它不改變刀具前角的作用。負倒棱參數(shù)選擇時太小，起不到應有作用；太大會增大切削力和切削變形。一般工件材料強度、硬度高而刀具材料抗彎能力低進給量大時，倒棱寬度和倒棱角絕對值應較大。若ap<0.2mm，f<0.3mm/r，br1=(0.3-0.8)f,ro1=-5°-(-10°），ap>2mm，f<0.7mm/r而,br1=(0.3-0.8)f,ro1=-25°。二）過渡刃及參數(shù)選擇連接刀具主、副切削刃的刀尖通常刃磨成一段圓弧或直線刃，它們統(tǒng)稱過渡刃。在刀具上刃磨過渡刃有利于加強刀尖的強度，改善散熱條件，提高刀具耐用度，減小已加工表面粗糙度和提高已加工表面質(zhì)量。直線過渡刃多用在粗加工或強力切削車刀、切斷刀及鉆頭等多刃刀具上。過渡刃偏角=Kr/2，過渡刃長度=（0.2-0.25）ap。圓弧過渡刃多用在精加工刀具上，減小已加工表面粗糙度，提高刀具耐用度。圓弧半徑=0.5-5mm，硬質(zhì)合金刀具可取0.2-2mm第三節(jié)金屬切削過程基本規(guī)律及應用一、切屑的形成及種類一）切屑的形成過程切屑形成的過程是金屬層變形的過程。為揭示金屬切削的變形過程，把切削區(qū)域劃分為三個變形區(qū)。1.第一變形區(qū)：又為剪切滑移區(qū)，其變形寬度很窄，只有0.02-0.2mm.2.第二變形區(qū)：切屑沿前刀面流出時，受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前面處的金屬再次產(chǎn)生剪切變形，使其切屑底層出現(xiàn)薄薄的一層滯留層，滯留層的變形程度較大。3.第三變形區(qū)：是刀具后刀面和工件的接觸區(qū)。切屑底層和前刀面間的擠壓摩擦，使切屑底層的金屬晶粒纖維化而拉長在切削刃口處被分兩部分：一部分隨切屑沿前刀面流出，一部分沿后刀面流出形成已加工表面。此變形影響工件的表面質(zhì)量及使用性能。切削形成的過程彈性變形—塑性變形---擠裂2.切屑的種類二、積屑瘤一）積屑瘤的現(xiàn)象

在中速或者低速時，緊靠切削刃的前刀面上黏結(jié)一硬度很高的楔形金屬塊，并包圍切削刃和部分前刀面，這塊楔形金屬就稱為積屑瘤。

由于高溫，晶格發(fā)生畸變，雖然化學成分和被切金屬相同，但是硬度卻高了2～4倍。

二）積屑瘤的形成過程積屑瘤的形成分為兩步：瘤核形成—--瘤長大。在切積屑削過程中，由于刀和屑間摩擦使前刀面和切屑底層都是剛形成的新表面，它們之間的粘附能力較強。在一定的切削條件（壓力和溫度）下，前刀面和切屑底層發(fā)生粘結(jié)，在此基礎上逐層積聚、粘合、最后長成積瘤。積屑瘤的產(chǎn)生、成長和脫落過程是在短時間完成的，并且周期性的不斷出現(xiàn)。三）積屑瘤對切削過程的影響

（1）增大前角積瘤屑粘附在前刀面上，增大了刀具的實際前角，最高有30°左右前角，減小切削變形，減小切削力，對切削過程有積極的作用。切削瘤的高度Hb

越大，實際刀具前角也越大，切削更容易。

（2）實際切削厚度增大積瘤屑前端伸出切削刃外，影響加工尺寸。

（3）加工后的表面粗糙度增大積瘤屑一部分粘附切屑底部排出，一部分留在已加工表面粘附在切削刃上，使實際切削刃呈不規(guī)則曲線，導致在已加工表面沿主運動方向刻出不平整的縱向溝紋。

（4）切削刀具的耐用度降低積瘤屑包圍切削刃，同時覆蓋著一部分前刀面，切削刃和前刀面得到積瘤屑的保護，減小刀具磨損，但在積瘤屑不穩(wěn)定下使用硬質(zhì)合金刀具，積瘤屑的破裂能使刀具顆粒剝落，使刀具磨損加劇。四）積屑瘤的防止方法

（1）控制切削速度從而控制切削溫度，溫度控制在300°以下或380°以上，可減少積瘤屑的生成。

（2）適當降低進給量，減少刀與屑的接觸長度。

（3）增大前角，減小前刀面上的摩擦，減小積瘤屑生成基礎。前角增大35°，一般不產(chǎn)生積瘤屑。

（4）采用潤滑性能良好的切削液。（5）提高工件材料的硬度、降低塑性。

三、切削力切削力-刀具在切削過程中克服加工阻力（金屬的各種變形抗力和摩擦阻力）所需的力

。一）、切削力的來源切削力主要由以下幾個方面產(chǎn)生：

①克服被加工材料對彈性變形的抗力

②克服被加工材料對塑性變形的抗力

③克服切屑對刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面和已加工表面間的摩擦力。二）影響切削力的主要因素1、工件材料的影響工件的硬度、強度越高，材料剪切屈服強度越高，切削力越大。在材料硬度、強度相近時，塑性、韌性越大，則切削力越大。2、切削用量的影響1）背吃刀量和進給量背吃刀量和進給量加大，切削面積增大，變形抗力和摩擦阻力增大，則切削力增大。2）切削速度切削脆性材料，切屑和前刀面摩擦小，對切削力無明顯影響，對塑性材料，當切削速度低時，積瘤屑增高，切削力減小，隨速度的增加，積瘤屑逐漸消失，前角減小而切削力逐漸增大，速度再增大，切削溫度升高，切削變形減小，摩擦力減小，則切削力減小，當速度達定值后再增大，切削力變化減緩，逐漸穩(wěn)定。二）影響切削力的主要因素3）刀具的幾何角度的影響前角增大，被切金屬變形減小，切削力減小。加工塑性材料，前角加大則切削力減小的多。主偏角對切削力影響較大；刃傾角對主切削力影響很小，對背向力、進給抗力影響顯著。4）刀具磨損的影響刀具的后刀面磨損后，形成零后角，刀刃變鈍，切削力增大。5）切削液的影響潤滑切削液減小刀具前刀面與切屑、后刀面與工件表面摩擦，能顯著降低切削熱與切削溫度1.切削熱

切削過程中的功耗都轉(zhuǎn)化為切削熱，金屬的切削加工中將會產(chǎn)生大量切削熱，切削熱又影響到刀具前刀面的摩擦系數(shù)，積屑瘤的形成與消退，加工精度與加工表面質(zhì)量、刀具壽命等

切削熱通過切屑、刀具、工件和周圍的介質(zhì)傳散。

切削速度越高、切削厚度越大，則切削帶走的熱量熱多。2.切削溫度切削溫度是指切削區(qū)的平均溫度，即切屑、工件和刀具接觸區(qū)的平均溫度。切削溫度的影響因素：

a.切削用量切削速度高，切屑底面與前刀面摩擦加劇，切削溫度明顯提升。進給量大單位時間金屬切削量大，切削溫度上升；背吃刀量對溫度影響很小。b.刀具幾何角度（前角γo與主偏角κr）前角大，產(chǎn)生切削熱少，切削溫度低。c.工件材料（強度、硬度和導熱系數(shù)）工件材料硬，產(chǎn)生切削熱大，切削溫度高，工件材料導熱系數(shù)大，傳熱量多，溫度低。d.切削液（導熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度）

e.刀具的磨損刀具磨損的后角基本為零，使工件與刀具摩擦加大，切削熱增多。

刀具磨損和刀具耐用度1.刀具失效-刀具在使用過程中喪失切削能力的現(xiàn)象。失效分正常磨損和破損兩類。

a.刀具破損（刀具選擇使用不當及操作失誤造成）脆性破損（由沖擊振動造成的刀具崩刃、粹斷和由變力疲勞而造成的刀面裂紋、剝落現(xiàn)象）塑性破損（高溫切削塑性材料或超負荷切削時，因摩擦及高溫作用產(chǎn)生固態(tài)相變和塑性變形）b.刀具磨損（正常失效形式，可以通過重磨修復）前面磨損（塑性材料加工）后面磨損（脆性材料加工）邊界磨損（塑性材料加工中）刀具實效和刀具耐用度1.刀具的磨損過程a.初期磨損階段（磨損較快，磨損量與刀具刃磨質(zhì)量磨損速度有關）

b.正常磨損階段（磨損速度較慢，磨損量隨時間的增加均勻增加，切削穩(wěn)定，是刀具的有效工作階段）

c.急劇磨損階段（刀具變鈍后繼續(xù)切削則溫度劇增，切削力也增大，故刀具磨損加?。┑毒呤Ш偷毒吣陀枚?.刀具的磨鈍標準刀具磨損到一定程度，將不能使用，這個限度稱為磨鈍標準。

一般以刀具表面的磨損量作為衡量刀具磨鈍標準。因為刀具后刀面的磨損容易測量，所以國際標準中規(guī)定以1/2背吃刀量處后刀面上測量的磨損帶寬VB作為刀具磨鈍標準。

刀具失效和刀具耐用度3.刀具的耐用度1）刀具的耐用度指從刀具刃磨后開始切削，一直刀磨損量達到磨鈍標準為止所經(jīng)過的總切削時間，用T表示。單位秒。2）影響因素

a.切削用量（速度、進給量、背吃刀量）速度、進給量、背吃刀量增大，刀具耐用度減小，且速度影響最大，進給量次之，背吃刀量最小。

b.刀具幾何參數(shù)（前角，主偏角）前角增大，切削力減小，切削溫度降低，耐用度提高；但前角太大會使楔角太小，刀具強度減弱，散熱差且易磨損，刀具耐用度下降。主偏角減小，刀尖強度提高，改善散熱條件，提高刀具耐用度，但主偏角過大，則背向力增大，對剛性差的工藝系統(tǒng)，切削時易引起振動。減小副偏角其耐用度影響與主偏角同。

c.刀具材料刀具材料高溫強度越高，耐磨性越好，刀具耐用度越高。但在有沖擊切削、重型切削和難加工材料切削時，沖擊韌性和抗彎強度時影響刀具耐用度的主