淺談刀具合理幾何參數(shù)的選擇

【摘 要】刀具的幾何參數(shù)的合理選擇直接影響刀具壽命、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及加工成本，文章討論了刀具的前角及前刀面形狀、后角及后刀面、主偏角，副偏角及刀尖形狀、刃傾角的合理選擇原則。

【關(guān)鍵詞】刀具；幾何參數(shù)；選擇

一、前角及前刀面形狀的選擇

前角的主要功用：影響削區(qū)域的變形程度。增大刀具前角，可以減少前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，減少切屑流經(jīng)前刀面的摩擦阻力，從而減少切削力，切削熱，使刀具的耐用度提高；影響切削刃與刀頭的強(qiáng)度，力性質(zhì)和散熱條件增大刀具前角，會(huì)使切削刃與刃頭的強(qiáng)度降低，刀頭的導(dǎo)熱面積和容熱體積減小；過份加大前角，有可能導(dǎo)致切削刃處出現(xiàn)彎曲應(yīng)力，造成崩刃；影響切屑形態(tài)和斷屑效果。前角合理的選擇原則：（1）工件材料的強(qiáng)度，硬度低，可以取較大的甚至很大的前角；工件材料強(qiáng)度，硬度高，應(yīng)取較小的前角。（2）加工塑性材料時(shí)，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料（如鑄鐵）時(shí)，可取較小的前角。用硬質(zhì)合金刀具加工一般鋼料時(shí)，前角可選10-20；加工一般灰鑄鐵時(shí)，前角可選5-15。（3）粗加工，特別是斷續(xù)切削，承受沖擊性載荷，或?qū)τ杏财さ蔫T鍛件粗切時(shí)，為保證刀具有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)適當(dāng)減小前角；但在采取某些強(qiáng)化切削刃及刀尖的措施之后，也可增大前角。（4）成形刀具和前角影響刀刃形狀的其它刀具，為防止刃形畸變，常取較小的前角，甚至取Ro=0，但這些刀具的切削條件不好，應(yīng)在保證切削刃成形精度的前提下，設(shè)法增大前角。（5）刀具材料的抗彎強(qiáng)度較大，韌性較好時(shí)，應(yīng)選用較大的前角。（6）工藝系統(tǒng)剛性差和機(jī)床功率不足時(shí)，應(yīng)選取較大的前角。（7）數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)機(jī)，自動(dòng)線用刀具，為使刀具的切削性能穩(wěn)定，宜取較小的前角。

二、后角及后刀面的選擇

后角的主要功用是減小后刀面與過渡表面之間的摩擦。后角越小，彈性恢復(fù)層同后刀面的摩擦接觸長(zhǎng)度越大，它是導(dǎo)致切削刃及后刀面磨損的直接原因之一。合理后角的選擇原則：（1）粗加工，強(qiáng)力切削及承受沖擊載荷的刀具，要求切削刃有足夠強(qiáng)度，應(yīng)取較小的后角；精加工時(shí)，刀具磨損主要發(fā)生在切削刃區(qū)和后面上，為減小后面摩損和增加切削刃的鋒利程度，應(yīng)取較大的后角。車刀合理后角在f≤0.25mm/r時(shí)，可取為ao=10-12；在f>0.25mm/r時(shí)，ao=5-8。（2）工件材料硬度，強(qiáng)度較高時(shí)，為保證切削刃強(qiáng)度，宜取較小的后角；工件材質(zhì)較軟，塑性較大或易加工硬化時(shí)，后面的摩擦對(duì)已加工表面質(zhì)量及刀具磨損影響較大，應(yīng)適當(dāng)加大后角；加工脆性材料，切削力集中在刃區(qū)附近，宜取較小的后角。（3）工藝系統(tǒng)剛性差，容易出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小后角。（4）有尺寸精度要求的刀具，為了限制重磨后刀具尺寸的變化，宜取較小的后角。（5）車刀的副后角一般取其等于后角。切斷刀的副后角，由于受其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，只能取得很小，αo =1-2。

三、主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇

主偏角的功用與選擇：（1）影響切削加工殘留面積高度。減小主偏角和副偏角，可以減小已加工表面粗糙度，特別是副偏角對(duì)已加工表面粗糙度的影響更大。（2）影響切削層的形狀，尤其是主偏角直接影響同時(shí)參與工作的切削刃長(zhǎng)度和單位切削刃上的負(fù)荷。在背吃刀量和進(jìn)給量一定的情況下，增大主偏角時(shí)，切削層公稱寬度將減小，切削層公稱厚度將增大，切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷隨之增大。因此，主偏角直接影響刀具的磨損和刀具耐用度。（3）影響三個(gè)切削分力的大小和比例關(guān)系。在刀尖圓弧半徑rε很小的情況下，增大主偏角，可使背向力減小，進(jìn)給力增大。（4）主偏角和副偏角決定了刀尖角εr，故直接影響刀尖處的強(qiáng)度，導(dǎo)熱面積和容熱體積。（5）主偏角還影響斷屑效果。增大主偏角，使得切屑變得窄而厚，容易折斷主偏角κr的選擇原則。（6）用來精加工的刀具副偏角應(yīng)取得更小一些，必要時(shí)，可磨出一段κ′r=0的修光刃，修光刃長(zhǎng)度b′ε應(yīng)略大于進(jìn)（f）粗加工和半精加工，硬質(zhì)合金車刀一般選用較大的主偏角，以利于減少振動(dòng)，提高刀具耐用度和斷屑。（7）加工很硬的材料，如冷硬鑄鐵和淬硬鋼，為減輕單位長(zhǎng)度切削刃上的負(fù)荷，改善刀頭導(dǎo)熱和容熱條件，提高刀具耐用度，宜取較小的主偏角。（8）工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)，減小主偏角可提高刀具耐用度；剛性不足時(shí)，應(yīng)取大主偏角，甚至主偏角κr≥90，以減小背向力，減少振動(dòng)。（9）單件小批生產(chǎn)，希望一兩把刀具加工出工件上所有的表面，則選取通用性較好的45車刀或90偏刀。合理副偏角的選擇原則：一般刀具的副偏角，在不引起振動(dòng)的情況下可選取較小的數(shù)值，如車刀，端銑刀，刨刀，均可取κ′r=5-10。給量，即b′ε≈(1.2-1.5)f。

四、刃傾角的選擇

刃傾角的功用是控制切屑流出方向；影響切削刃的鋒利性；影響刀尖強(qiáng)度和刀尖導(dǎo)熱和容熱條件；影響切削刃的工作長(zhǎng)度和切入切出的平穩(wěn)性。合理刃傾角的選擇原則和參考值：（1）加工一般鋼料和灰鑄鐵，無沖擊的粗車取λs＝0－5，精車取λs＝0-5；有沖擊時(shí)，取λs＝-5－15；沖擊特別大時(shí)，λs＝-30－45。（2）加工淬硬鋼，高強(qiáng)度鋼，高錳鋼，取λs＝-20－30。（3）工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，盡量不用負(fù)刃傾角。（4）微量精車外圓，精車孔和精刨平面時(shí)，取λs＝45－75。