16 刀具几何参数的选择.ppt

第1章金属切削加工基础知识 本章要点 切削运动与切削要素 金属切削机床 刀具 金属切削过程 刀具是直接进行切削加工的工具 切削过程中 切削力的大小 切削温度的高低 切屑的连续与碎断 刀具耐用度的高低 加工质量的好坏 生产效率和生产成本的高低 都与刀具几何参数的选择有很大关系 刀具几何参数包括刀具几何角度 切削刃的刃口形式 切削刃形状和刀面形式等内容 合理的刀具几何参数可保证工件加工质量 延长刀具寿命 提高生产效率 降低生产成本 1 6刀具几何参数的选择 前角的功用前角影响切削变形和摩擦 从而影响切削力 切削热和切削功率 前角影响刀具的锋利性 同时影响切削刃和刀头的强度及刀头散热条件 1 增大前角能减小切屑的变形 减少切削力 降低切削温度和动力消耗 2 增大前角能改善切屑对前刀面的摩擦 减少刀具磨损 提高刀具耐用度 1 6 1前角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 一 前角的选择 o1 Pr o2 0 前角的作用 前角越大 刀越锋利 切削轻快 强度下降 不利散热 前角的功用3 增大前角能改善加工表面质量 抑制积屑瘤的产生 减少切削振动 4 前角过大 将削弱刃口强度 减少散热体积 导致热应力集中 切削区局部温度升高 容易造成刀具破损和磨损 5 由于减小了切削变形 也不利于断屑 1 6 1前角的合理选择 一 前角的选择 合理前角的概念在一定的条件下 前角应存在一个合理的数值 对应最大耐用度的前角称为合理前角 1 6 1前角的合理选择 一 前角的选择 硬质合金车刀合理前角参考值 高速钢车刀的前角一般比表中大5 10 前角的选择原则 根据工件材料选对不同材料的工件 在切削时用的前角不同 加工塑性材料前角较大 脆性材料应较小 切削钢的合理前角比切削铸铁大 切削中硬钢的合理前角比切削软钢小 加工高强度钢 淬火钢 高速钢时 应选用小前角 1 6 1前角的合理选择 一 前角的选择 前角的选择原则 根据刀具材料选对于不同的刀具材料 在切削时用的前角不同 硬质合金的抗弯强度较低 抗冲击韧度差 所以合理前角应取较小 高速钢刀具抗弯强度较高 所以合理前角应取较大 根据加工要求选粗加工 断续切削或切削特硬材料时 为保证切削刃强度 应取较小的前角 甚至负前角 精加工时 选大前角 工艺系统刚性不够易引起振动时 应选用较小的前角 1 6 1前角的合理选择 一 前角的选择 倒棱倒棱有两个参数 倒棱前角和倒棱宽度 倒棱前角它的大小与刀具材料有关 高速钢刀具一般取0 硬质合金刀具一般取 15 5 倒棱宽度与加工性质 进给量有关 粗加工 进给量较大时 取较大值 精加工 进给量较小时 一般b 1 0 2 1mm 二 前刀面的形式及选择 倒棱指沿着切削刃在前刀面上磨出负前角的小棱面 倒棱可以提高刀刃强度 增强散热能力 从而提高了刀具耐用度 1 6 1前角的合理选择 正前角平面型 正前角平面型式的特点为 制造简单能获得较锋利的刃口 但强度低 传热能力差 一般用于精加工刀具 成形刀具 铣刀和脆性材料的加工 前刀面的形式 1 6 1前角的合理选择 正前角平面带倒棱型 此时 切屑仍沿前刀面而不沿倒棱流出 在切削塑性材料时 可按b 1 0 5 1 0 f ol 15 5 选取 用于粗切铸锻件或断续表面的加工 前刀面的形式 1 6 1前角的合理选择 正前角曲面带倒棱型 这种型式是在正前角平面带倒棱的基础上 为了卷屑和增大前角 在前刀面上磨出一定的曲面而形成的 常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具 前刀面的形式 卷屑槽的参数约为lBn 6 8 f rBn 0 7 0 8 lBn 1 6 1前角的合理选择 负前角单面型 当磨损主要发生在后刀面时 可制成负前角单面型 此时刀片承受压应力 具有好的刀刃强度 因此 常用于切削高硬度 强度 材料和淬火钢材料 但负前角会增大切削力 前刀面的形式 1 6 1前角的合理选择 负前角双面型 当磨损同时发生在前 后两个刀面时制成负前角双面型 可使刀片的重磨次数增多 此时负前角的棱面应有足够的宽度 以保证切屑沿该棱面流出 前刀面的形式 1 6 1前角的合理选择 后角的功用后角的主要作用是减小后刀面与加工表面间的摩擦 降低刀具磨损 提高工件表面质量 配合前角工作 后角越大 切削刃钝圆半径越小 切削刃越锋利 影响切削刃和刀头的强度及散热体积 一 后角的选择 0 1 6 2后角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 减小主后刀面与加工表面的摩擦 后角的功用 增大后角能减少后刀面与工件加工表面之间的摩擦 从而减少刀具的磨损 提高加工表面质量和刀具耐用度 并可减少刃口钝圆半径rn使刃口锋利 这样就使摩擦进一步减少 降低磨损 从而可提高刀具耐用度 改善加工表面质量 后角的功用 一 后角的选择 1 6 2后角的合理选择 增大后角 在同样的磨钝标准VB条件下 刀具由新刃磨用到磨钝 允许磨去的金属体积较大因而有利于提高刀具耐用度 但后角越大 在同样的磨钝标准条件下 刀具的径向磨损值NB增大 因此一些精加工刀具 当尺寸精度要求高时 就不宜按一般原则采用大的后角 后角的功用 一 后角的选择 1 6 2后角的合理选择 增大后角 刀具磨钝后 重新刃磨 磨去的体积增大 为降低重磨费用 对于重磨刀具宜适当减小后角 后角的功用 一 后角的选择 1 6 2后角的合理选择 后角的功用 一 后角的选择 1 6 2后角的合理选择 后角选择的原则 一 后角的选择 粗加工时 强力切削及承受冲击载荷的刀具 为增加其刀具强度 后角应选取小些 精加工时 增大后角可提高刀具耐用度和加工表面的质量 工件材料的硬度与强度高时 取较小的后角 以保证刀头强度 工件材料的硬度与强度低 塑性大时 后角应适当加大 加工脆性材料时 切削力集中在刃口附近 宜取较小的后角 1 6 2后角的合理选择 后角选择的原则 一 后角的选择 采用负前角时 取较大的后角 以保证切削刃相对锋利 定尺寸刀具取较小的后角 以防止重磨后刀具尺寸的变化 为降低重磨费用 对于重磨刀具宜适当减小后角 1 6 2后角的合理选择 后刀面选择双重后刀面为了保证刃口强度 减小刃磨后刀面的工作量 常在车刀后刀面上磨出双重后角 二 后刀面的选择 1 6 2后角的合理选择 后刀面选择刃带在后刀面上磨出后角为零度的小棱面 起稳定 导向 消振 强化切削刃的作用 刃带宽度不宜过宽 否则会增大摩擦作用 二 后刀面的选择 1 6 2后角的合理选择 后刀面选择消振棱指沿着切削刃在后刀面上磨出负后角的小棱面 有强化切削刃 减缓刀具磨损和消振作用 它有两个参数 消振棱后角消振棱宽度 二 后刀面的选择 1 6 2后角的合理选择 负倒棱消振棱刃带 副后角的功用及选择 减少副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦 一般与主后角相同 对于切断刀 割槽刀等 取较小值 o 1 3 二 后刀面的选择 1 6 2后角的合理选择 主偏角对切削过程的影响主偏角 r的变化 影响各切削分力的大小比值与产生振动的可能性 减小主偏角 r 则背向力Fp增大 进给力Ff减小 当工艺系统刚度较差时 若过于减小 r Fp显著增大 就可能引起振动 造成损坏刀具 顶弯工件 主偏角 r的变化 影响切削截面的形状 在切削深度和进给量一定的情况下 随着 r角的减小 切削厚度将减小 切削宽度增加 切削刃参加工作的长度增加 切削刃单位长度的负荷减轻 刀尖角增大 这就会提高刀尖强度 改善散热条件 因而可提高刀具耐用度 一 主偏角的选择 1 6 3主 副偏角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 kr1 Kr kr2 Fp Ff 主偏角对切削过程的影响主偏角 r影响工件表面形状当车削阶梯轴时 应选用 r 90 而当车削外圆端面及倒角时 则可选 r 45 主偏角 r的大小 还影响断屑的效果 r越大时 切削厚度越大 切削宽度越小 越容易断屑 主偏角 r的大小 还可能影响残留面积的高度当主切削刃的直线部分参与形成残留面积时 减小 r 可提高加工表面光洁度主偏角 r大小 影响切入条件 从而影响切削冲击 一 主偏角的选择 1 6 3主 副偏角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 主偏角对切削过程的影响残留面积指刀具副偏角不为零时 刀具经过切削后 残留在已加工表面上的不平部分剖面面积 一 主偏角的选择 1 6 3主 副偏角的合理选择 主偏角对切削过程的影响 一 主偏角的选择 1 6 3主 副偏角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 主偏角的选择原则根据工件形状或工艺加工要求进行合理选择 当工艺系统刚性不足时 应选取较大主偏角当工件材料强度大 硬度高时 为减轻单位切削刃上的负荷 增强刀尖强度 改善散热条件 以提高刀具耐用度就要取较小的主偏角 r 10 30 在高速强力切削时 为防止振动应选用较大的主偏角 一般 r 15 一 主偏角的选择 1 6 3主 副偏角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 负偏角对切削过程的影响减小副偏角 r 可增强刀尖强度 改善散热条件 减小副偏角 r 则可以显著减少切削后的残留面积 提高表面光洁度 但 r 太小就会增加负切削刃的工作长度 增大副后刀面同已加工表面之间的摩擦 易引起系统振动 反而增大表面粗糙度值 二 副偏角的选择 副偏角 Ra 刀尖强度 散热体积 副刃工作长度 摩擦 Fp 易振动 Ra T 1 6 3主 副偏角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 副偏角对残留面积的影响 负偏角的选择原则根据工件加工表面光洁度和具体的加工情况而定的 在不引起振动的前提下 副偏角通常取小值 一般情况下选取 r 10 15 特殊情况 例如切断刀 为了保证刀头强度 可以选取 r 1 2 二 副偏角的选择 1 6 3主 副偏角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 直线过渡刃过渡刃的偏角 r r 2 长度b 1 4 1 5 ap 这种过渡刃多用于粗加工或强力切削的车刀上 三 刀尖的形式 1 6 3主 副偏角的合理选择 圆弧过渡刃过渡刃也可磨成圆弧形 它的参数就是刀尖圆弧半径r 刀尖圆弧半径增大时 使刀尖处的平均主偏角减小 可以减小表面粗糙度数值 且能提高刀具耐用度 但会增大背向力和容易产生振动 所以刀尖圆弧半径不能过大 通常高速钢车刀r 0 5 5mm 硬质合金车刀r 0 5 2mm 三 刀尖的形式 1 6 3主 副偏角的合理选择 水平修光刃修光刃是在副切削刃靠近刀尖处磨出一小段 r 0o的平行刀刃 其长度b 1 2 1 5 f 能降低表面粗糙度值 但b 过大易引起振动 三 刀尖的形式 1 6 3主 副偏角的合理选择 大圆弧刃大圆弧刃是把过渡刃磨成非常大的圆弧形 它的作用相当于水平修光刃 三 刀尖的形式 1 6 3主 副偏角的合理选择 刃倾角的功用影响排屑方向当 s为负值时 切屑向已加工表面流出 当 s为正值时 切屑向待加工表面流出 当刃倾角 s 0 时 切屑垂直于切削刃流出 影响切削刃锋利性 s 0e rn 锋利性 1 6 4刃倾角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 刃倾角对流屑方向的影响 影响刀头强度和散热条件负刃倾角可增强刀尖的强度 切入时 刀尖较远部分的切削刃首先接触工件 而不是从刀尖开始 进而改善了散热条件 提高了刀具的耐用度 刃倾角的功用 1 6 4刃倾角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 控制背向力与进给力之比 影响工件加工质量负刃倾角 Fp 变形 易振动 Ra 控制切削刃在切入与切出时的平稳性若刃倾角不等于零 则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件 故切削过程平稳 刃倾角的功用 1 6 4刃倾角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 刃倾角选择的原则刃倾角选择的原则主要根据刀具强度 排屑方向和加工条件而定 粗加工时 为保证刀具的强度 通常刃倾角选取较小值 s 5 0 精加工时 为了提高工件的表面质量 不让切屑流向已加工的表面 一般刃倾角应选取较大值 s 0 5 有冲击载荷时 s 15 5 1 6 4刃倾角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 刃倾角选择的原则 车削淬硬钢时 s 12 5 微量精车外圆 精车孔和精刨平面时 s 45 75 强力切削刨刀时 s 20 10 工艺系统刚性差 切削时不宜选用负刃倾角 1 6 4刃倾角的合理选择 1 6刀具几何参数的选择 二 积屑瘤 积屑瘤是在一定切削速度范围内 加工钢材 有色金属等塑性材料时 由于前刀面上挤压和摩擦的作用 使切屑底层中的一部分金属停滞和堆积在刃口附近 这样在切削刃附近的前刀面上会出现一块高硬度的楔状金属 它包围着切削刃 且覆盖着部分前刀面 可代替切削刃对工件进行切削加工 这块硬度很高 约为工件材料的2 3倍 的金属称为积屑瘤 1 积屑瘤的生长过程切削时 切屑沿前刀面流出 切屑与前刀面接触处发生强烈摩擦 使靠近前刀面的切屑底层流动速度减慢 当接触面达到一定温度和压力时 切屑底层中剪应力超过材料的剪切屈服强度且流动速度接近零的那部分金属就被剪切断裂 被切材料会粘结 冷焊 在前刀面上 粘结在前刀面的金属由于经受了强烈的剪切滑移变形 产生了