刀具几何参数的合理选用
摘要:刀具几何参数的选择是高职院校机电专业的专业基础课《机械制造》中的重要应用性课题之一,本文主要对刀具几何参数的内容及合理选用的原则及方法进行分析和阐述。

关键词:刀具几何参数的合理选用几何角度刀尖的修磨
俗话说“工欲善其事,必先利其器”,作为直接参与切削工件的刀具,其几何参数选择合理与否对切削效率、加工质量、加工成本及刀具寿命等必然起着重要影响。

在机械技术人员长期的生产实践中,总结出这样一个结论:若刀具结构和几何参数的合理改善,将使刀具寿命成倍提高。

这也说明了刀具几何参数合理选择的重要意义。

1 刀具几何参数包含的内容
1.1 主副切削刃
主副切削刃的形状有直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃等。

切削刃的形状如何会影响工件切削层横断面形状、面积及刀具切削刃上各点角度的数值,从而对切削加工产生影响。

近几年刃形发展的主要特点是提高刀尖处的强度、减少切削加工负荷、提高刀具的抗振能力、有效加强刀具热量传散等以保护刀具。

1.2 刃口型式
刃口型式主要有锋刃、负倒棱、消振棱及刃带等。

锋刃应用较多,负倒棱是在刀具前刀面开设倒棱面,消振棱是在刀具后刀面开设倒棱面,选择时要注意负倒棱与消振棱各自的作用及区别。

1.3 刀具几何角度
刀具的角度有前角、后角、主偏角、刃倾角、副切削刃的副后角及副偏角等。

完整的刀具形状及结构是由刀具几何参数决定的,各参数间相互依赖、相互制约,无视它们的内在联系而孤立地选择某一参数将无法满足加工的需求。

因此刀具合理几何参数指在一定的切削条件下,在保证工件加工质量和精度的前提下,能满足刀具正常磨损而不破损、刀具寿命高、高率、低成本的刀具几何参数。

本文将介绍刀具几何角度及刀尖修磨形状的合理选择。

2 刀具几何参数合理选择时应注意的事项
2.1 切削条件
要考虑机床、夹具、刀具及工件组成的机械加工工艺系统刚性及功率、切削用量大小等。

通常,若工艺系统刚性较差小时,应选较大前角和主偏角等,以降低切削力和防止工件受冲击与振动。

2.2 工件的具体条件
工件的具体条件指工件毛坯的制造方法、工件精度和质量的技术要求、工件的切削加工性及其耐热性、硬度等基本物理力学性能。

只有掌握工件的具体条件才能结合实际具体分析从而选择出合理的参数。

3 刀具几何角度的选择
刀具几何角度的选择对切削过程顺利实施起决定性作用,其中主偏角、前角、后角和刃倾角的影响更为突出,科学合理的选择几何角度是几何参数合理选择的主要内容。

3.1 前角
增大前角,可降低切削力、切削热和功率,提高刀具使用寿命,有效抑制积屑瘤的产生,改善表面质量及加工精度:但另一方面,增大前角会削弱刀具的强度,不利于切削热的传散。

选择合理前角应遵循的原则:(1)根据工件条件选择。

工件的硬度、强度高或断续切削时,为保证刀具强度,前角取小值;反之取大值。

(2)根据加工性质选择。

粗加工时应取小前角以保证刀具的强度;精加工时,应取大前角以保证工件的加工质量。

(3)加工塑性材料时,为降低切削力应取大的前角;加工脆性材料时,选取小的前角。

3.2 后角
后角增大,可减少刀具后刀面与工件加工表面间的摩擦,降低切削力和温度,改善加工质量:但后角增大则刀具的散热体积增减少,刀头强度削弱。

选择合理后角应遵循的原则:(1)工艺系统刚性差时,后角取小值。

(2)需优先考虑加工质量时,后角取大值,以减少摩擦。

3.3 刃倾角
刃倾角的主要功用:(1)影响切屑流向。

取正刃倾角,切屑流向工件的待加工表面,防止缠绕和划伤已加工表面,精加工时常取正刃倾角。

(2)影响切削力。

取负刃倾角,可增大切削力,工艺系统刚性不足时应避免采用负刃倾角。

(3)影响刀头强度。

取负刃倾角时,刀具与工件最先接触点不是刀尖而是远离刀尖,可保护刀刃,改善散热条件。

(4)影响切削变形。

刃倾角绝对值增大,实际前角变大,则切削变形小,切削轻快、容易。

选择合理刃倾角应遵循的原则:主要根据加工性质来选择刃倾角。

粗加工时,加工用量大、切削力较大,刀具承受的冲击大,为保证刀具强度,刃倾角应取负值,通常取0°到一5°;精加工时,防止缠绕和划伤已加工表面,刃倾角应取正值,通常取0°到+5°。

3.4 主偏角
主偏角的主要功用:(1)主偏角是影响刀具使用寿命的主要角度。

在进给量与背吃刀量(即切削深度)不变时,若主偏角增大,则切削层公称厚度增大,单位长度切削刃所承受的负荷增大,刀具使用寿命降低;
同时因切削层公称宽度减小,切削层呈厚而窄形状,切屑易断屑。

(2)主偏角的大小影响背向力。

若减小主偏角,则使背向力增大:同时工件与刀具摩擦加剧,影响工件的加工质量,加大工件变形挠度,工艺系统易振动。

选择合理主偏角应遵循的原则:(1)按被加工表面的精度和质量要求考虑主偏角大小。

若工艺系统刚比较好,不易变形和振动,可取较小的小主偏角以提高加工精度和质量。

(2)按工件材料的要求考虑的主偏角大小。

如加工很硬的材料,如冷硬铸铁和淬硬钢,应取较小的主偏角。

(3)按加工条件考虑主偏角大小。

若加工中间切入的工件,应取较大主偏角,一般45°至60°;若加工台阶时,主偏角应取90°;若加工细长轴,加工条件差、加工刚性弱则应取较大主偏角,一般超过90°。

4 刀尖的修磨形状
刀尖指刀具主、副切削刃交汇处的刀刃。

所有刀具刀尖的强度都是最弱,在切削负荷和切削力的作用下刀尖处最易磨损,因此对刀尖进行修磨可改善其工作条件,提高刀尖强度和刀具使用寿命,减少刀具磨损,有利于切削热的传散,提高加工精度及提高进给量。

刀尖常用两种形式:圆弧形和倒角形刀尖。

(1)圆弧形刀尖:多用在半精加工与精加工中。

若刀尖圆弧半径越大,则可提高刀尖强度,工件表面加工精度高,但同时背向力增大而易振动,因此刀尖圆弧半径的增大应有一定的限度。

(2)倒角刀尖:多用在面铣刀、切断刀及钻头等多
刃刀具上。

若多刃刀具采用圆弧形刀尖,刃磨复杂且很难刃磨得均匀对称。

随着机械制造业的快速发展,以高效、低成本及高精度为目标的刀具几何参数的合理选用越来越重要。

作为高等职业院校的学生在深刻理解和掌握几何参数的合理选用的原则、方法及过程等理论内容基础上应阅读有关资料及生产样本,进一步理论联系实际,在实践中加强对知识的理解,在实践中强化知识的应用。