石材切削力与切削刀具研究　广东工学院　王成勇　大连理工大学　刘培德　胡荣生　

提要　本文对石材的切削力和切削刀具进行了研究，给出了若干切削力经验公式，优选了刀具材辩及其几何参数　和切削参数．井培出了刨槽刀具的最佳形状　

天然石材的切削加工法包括刨削、铣　削　钻孔和车削等工艺，既便是金钢石结块　锯的锯切加工以及磨削加工，也是通过刀具　上无数刀刃切削工件的。本文对石材的切削　力和切削刀具进行了实验研究。　实验方法　（一）切削力洲试实验采用ＱＢ一０５　型铣削测力仪，ＹＤ一１５型动态应变仪和Ｓｃ　１６型光线示波器，测量切削力的最大　值、波动幅值和平均值。每一实验点测试两　次，取其平均值为测试结果。工件材料为辉　绿岩　花岗岩和大理石（肖氏硬度分别为　７９、１０１和５８）。刀具材料为ＹＧ８。刀具前　角Ｙ＝一１０￣３０。　后角ａ＝８～８。，切削深　ｔ＝０·０４～０．８毫米，切削宽Ｗ＝３．４～６毫　米，切削速度ｖ＝７．５９￣３０．９９米／分。实验　采用干式刨削法．　略　５　面　矗　（二）切削刀具性能实验采用ＹＧ８和　ＹＤｌ５两种材料的刀具。测量后刀面砉损量　ＶＢ值，观察、测试刀具前后刀面的磨损和破　损、　削噪声、切槽宽和刨槽蜊表面质量。　工件材料为黑云母花岗岩和细粒花岗岩（石　英含量分剐为＞２５％秆３　）。实验采用逐层　创削法加工淘槽，每刨削ｌ米对刀具的冲击　（切入切出）为１０次。刀具前角Ｔ＝５～一ｌＯ　、　后角口：５～８。、副偏角１。３０　、刀刃宽Ｗ：　６．５毫米　水冷却，刨削刀片型号Ｃ３０６　二石材切削力经验公式　（一）ｔ口　条件对切烈力的影响　囝　１～６给出在刨削实验过程中，切削的深度ｔ、　宽度Ｗ、速度ｖ和刀具前角Ｙ及工件材料种　类等与最大水平切削力ＦＨ…、最大垂直切　削力Ｆｖ…、平均切酎力ＦＨ、ＦＶ以及切削　力波动幅值ＤＦＨ，ＤＦＶ的关系曲线。　

Ｗ　薄虞　｛｝　却划、　（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）　图１切剐深度ｔ和刀具前角丫对切州力的影响　（大理石．Ｖ胃７．５６米／分，ｗ兰６毫米；囤由０ｌ　一１０。．△：Ｙ＝２０。，ｘ：Ｙ鼻３０。）　

（１）切削深度ｔ对切削力的影响：Ｉ主ｉ图　１～３可知，切削力随切削深度的增加而大致　呈指数增加．在切削深度较ＪＪ、时，切削力增　

加幅度较大　在辉缘岩和大理岩切削深度大　

５；　

维普资讯 http://www.cqvip.com 于Ｏ．４毫米、花岗岩研　谭）芟大ＴＯ．２毫米　时，切削力随着切削深度增ｆＪ口而增加的幅度　减小．就这三种岩石而．　ｌ刃削深度对水平　

科　窘ｔ奢｝’　（ａ）　

方向切　４力及其波动幅值的影响均大于对垂　直方向的影响。切削力Ｌｔ（ＦＶ／ＦＨ）则随着切　削深度的增加而下降，切削力比均小于１。　

封暮囊　督　，　（ｂ）　蒯鬣蓝‘ｔ和　

（ｃ）　图２切削深度ｔ和刀具前角丫对切削力的影响　（侮绿岩．Ｖ　７．５６米／分，ｗ＝６毫米；图巾Ｃ：Ｙ＝一１０。．△：Ｔ－２０。，ｘ：￣－－３０‘）　

（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）　图３　切削深度ｔ和刀具前角丫对切削力的影响　（花街岩，Ｖ工７．５６米／分，ｗ　５毫来；图南０：Ｔ葺Ｏ。Ｉ　ｘ：丫ｃ一１０。Ｉ●。ｙ－－ｌＯ·）　

由于切削深度较大时，切削力随切自　深　度增加而增ｎⅡ的幅度较小，　印屑为大块断　屑，因此，在机珠性能和刀具强度许可范围　［＾】，应尽量取较大的切削深度进行切削，以　提高切削效率。但对加工表面的质量有要求　Ｈ｛，９ｌｌＩ应采用小深度切削。　（２）刀具前角Ｙ对切削力的影响：由图　１～３可见，切削力随刀具前角的增大而呈减　小趋势，这种趋　大致随切削深度的增加而　加强，但刀具前角对垂直方向切削力的影响　程度较水平方向小　切削力波动幅值大致随　刀具前角的增大面藏小。显然，在保证刀具　有一定强度的前提下，刀具前角取较大值可　降低切削力。　５４　（３）切削宽度Ｗ和切削速度ｖ对切削　力的影响：切削力及其波动幅值，随切削宽　度的增加大致呈线性增加（图４）｝切削力　随切削速度的增加呈波动状态。从整体上　看，在实际范围内，切削速度对切削力的影　响较小，可以忽略（图５）。　（４）工件材料种类对切削力的影响：　由图６可知，切削力及其波动ｌ陌值，随工件　的肖氏硬度增加而增加。　（＝）切削力经验公式在生产中，通　常需要估计最大切削力及其波动幅值，以便　设计加工机械、刀具和夹具，由于切削力主　要受卯削深度ｔ、刀具前角Ｔ和工件材料种类　的影响，且加工过程中，一次切削深度通常　

一　硅；；喜　～／　一　维普资讯 http://www.cqvip.com 小于２毫米，刀具前角　一般也在一１Ｏ‘左　右，因此，在切削速度对切削力的影响忽略　不计、切削力与切削宽度成正比的前提下，　麓可由图ｌ～３获得在ｖ＝７．５６米／分、Ｔ＝　１Ｏ‘的条件下石材切削力的经验公式（表　１），以供生产应用。对于不同的石材种类，　还可参考图６，大致估算切削力值。　

２　６。ｒ　ｌ　ｉ　＾／　∞ｆ　ｉ《垄兰＝二　

星　｝睾Ｉ　＝＝＝　：　州　口　ＩＤ　２。　∞　韧ｌ４蔫燕ｔ孙）　

图５切脚速度对切削力的影响　Ｃ夫理岩，ｔｌ０　４鼍米　Ｗ尊６鼍米一７－－－１０。）　

三石材切削刀具研究　台理选择刀具材料致其几何参数和切削　参数等，对于提高切舰效率和加工件表面质　量，降低加工成本是极为重要的．下面仅就　其研究结果概述之．　

图６工件材料种类对单位切州宽　度切削力的影响　（丫；１０’，ｔ‘Ｏ　２毫米，Ｖ正７．Ｓ６术，分）　（一）刀具材料选择石材切削采用的　硬质台金材料主要有：ＹＧｃＧ，ＹＧ８、　ＹＧＩＩＣ、ＹＧＩｌ和ＹＧ１５等，新型硬质台金　材料ＹＧＲＭ（ＹＤ１５）和６１０　已用于硬岩　切削加工．目前，广泛用于石材加工的金刚　石刀具，由于制作技术等原因，尚不能有效　地应甩于坚硬石材的加工。实验结果表明，　切削坚硬石材时，ＹＤ１５刀片的耐磨性远远　大于ＹＧ８刀片，其一次刃磨有效切削长发可　达２Ｏ～３Ｏ米，这是目前较好的刀具材料。　（；）月具几何参数选择实验结果表　明，当刀具前角为５　和一５‘时，随着切削距　离的增加，前刀面均出现破损｝当刀具前角　为一ｌ０。时，在切削过程中刀具无破损现象，　并且后刀面磨损量最小；当刀具后角为８‘　时，刀具磨损较小，无破损现象，并有良好　的切削性能。综上所述，刀具前，后角越　

石材切刖力垣譬公式　囊ｌ　切削力　１　ＦＨ…　１　Ｆｖ…　ＦＨ　ＦＶ　ＤＦＨ　ＤＦＶ　『…～————一——　花　岩　２ｌ４．Ｉｔ·…ｗ　ｊ　６７．８ｔ　ｗ　１２６．５ｔＩ。·ｓＷ　３４．２ｔ●．●　Ｗ　２０７．９ｔ＊　Ｉ　９Ｗ　６３．０ｔ　０。，　Ｗ　

蜱绿岩　！ｌ３３．２ｔ’　“ｗ　２４．５ｔ。　３　ａＷ　７８．２ｔ‘　¨Ｗ　“　ｇｔ０．３　Ｗ　１０２．７ｔ●。，Ｗ　１８．８ｔ‘。¨Ｗ　＾　岩　“－５ｔ。。。　ｗ　Ｉ　７·２ｔ　‘’ｗ　２９．Ｓｔ·’－　Ｗ　４ｔ０‘‘Ｗ　６４ｔ＊。ｔＷ　６　５ｔ‘．·ｔＷ　

往ｌ刀刃觉ｗ，切　４诨ｔ的单位为毫米；切嘲力为牛蛾－　

冬　＾　一　●　●ｑ，　品薹　ＩＪ　ｐ　

维普资讯 http://www.cqvip.com 小，刀具磨损越大，越易破损，切削噪声和　振动越大。采用ＹＤｌ５材质刀具切削坚硬石　材最佳刀具前角为一１０。后角，为８。．　（三）切削参数选择随着切削深度的　增加，后刀面磨损量减小，同时切削力也增　加Ｉ但刀具与石材的接触面积也增大，因而　切靓深度在一定范围内对刀具强度影响不　大。在加工质量要求许可时，采用０．６～０．８　毫米左右的切削深度，可获得较好的切削效　率，同时刀具磨搅　Ｉ旦较小一且无破损现象　发生。　虽然切削速度越高，切削效率也越高，　但对刀具的对Ｉ击和切削振动也越大。实验结　果表明，为避免刀具破损，采用低速度大切　深（切削速度８米／分左右、切深０．６～０．８毫　米）切削较台适。　（四）刨槽刀具几何彤状选择在生产　中，硬质板材锯切广泛地采用刨槽加工。在　甸槽过程中，工件在刀刃例面材料的影响　下，实际槽宽因便４面断裂而大于切削宽度。　只有当刨削深度增至一定值而侧裂纹不能扩　展至工件表面时，切削宽度始与刨槽宽相　等。倒槽侧面的裂纹不仅降低加工质量，且　易在工件的相邻刨槽问产生断裂。　从切削比能和咖削量来看，普通形状刨　刀的切削性能最好。因为脊形刀具等在切削　过程中有刨向分力作用；Ｖ形刀具虽然可使　切觏平稳，但因其前刀面作用力较大而刀尖　易破损，且还因其两切刃磨损不对称而易产　生侧向分力。在侧向分力作用下，不仅在相　邻槽间产生断裂，还易扎刀。因此，普通形　状刨槽刀是硬岩刨槽刀具的基本型式。　通常，板材锯切槽宽为８毫米，为此拟　采用两把刀具组合切削。第一把刀（Ａ）主　刀刃宽６毫米，为增加刀尖强度，并防止切　屑堵槽造成崩刃和打刀，将Ａ刀两铡刀尖磨　出１×４５。的倒角（图７ａ）。在用来刨削花岗　岩并取切削深度为Ｏ．６～Ｏ．８毫米时，实际切　出的槽口宽约７毫米（图８）．第二把刀（Ｂ）　应使槽宽最终达到８毫米，并形成台乎质量　要求的刨槽侧面。为此，要在刀尖磨出　Ｏ．５×４５。的倒角。因Ｂ刀切靓量较小，切屑　堵塞不易产生，为使刨槽侧面质量较高，在　Ｂ刀Ｌ还磨有一小段侧修光刃（图７ｂ）。这　种形状的刀具除使槽底宽达７毫米并起到修　光槽底作用外，当Ａ刀再次以０．６～０．８毫　米的切深切槽时，侧裂纹仍可扩展到自由表　面而不会在刨槽侧面Ｌ产生断裂；　外，还　可保证＾刀Ｆ一撒切削·幔利，避免因切槽过　深而产生扎刀　采用组合Ａ、Ｂ刀的刨槽实验结果表　嘣，可　快速和高质量地刨削硬岩。　

（ａ）　（ｂ）　圈７　Ａ，Ｂ刀切刺Ｉ刃形厦几何参敷　（Ｔ一一１９。，ａ－８。一刀片型号：Ａ刀Ｃ３９６，Ｂ刀ｆ：３０８　单位；毫米）　

ｌ　蒋Ｅ　穗　口　ｊ睾踣　

削ｊｆ莨承）　凰８　Ａ刀切削槽口宽度与切削深度关系　（黑云母花崮岩．ＹＤＩＳ刀片；Ｙ－一１９’，ａ·８’，　Ｖ一７．７米／分）　

参考文献｝（Ｉ）希禾，饰面石材开采与加工．　建筑工业　版汪，１９８６￣（２）棘＾菏．采静，岩石破碎学．　煤炭工韭出版藏；（３）王应勇，如培德，陈培元，大理石　轮置嘲表面形成机理，州等料置县与置嘲》，疆２，１　７ｐ　

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