硬质合金刀片几何角度选择原则

硬质合金车刀几何角度选择原则(1)前角的选择增大前角，可减小切削变形，从而减小切削力、切削热，降低切削功率的消耗，还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高加工质量。

但增大前角，会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低，容易造成崩刃，还会使刀头的散热面积和容热体积减小，使切削区局部温度上升，易造成刀具的磨损，刀具耐用度下降。

选择合理的前角时，在刀具强度允许的情况下，应尽可能取较大的值，具体选择原则如下：1)加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和和切削温度，应选较大的前角，加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。

工件的强度低，硬度低，应选较大的前角，反之，应取较小的前角。

用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时，应取负前角。

2)刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较高时，应取较大的前角。

如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的韧性差，其前角应更小。

3)粗加工、断续切削时，为提高切削刃的强度，应选用较小的前角。

精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选用较大的前角。

当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时，应取较大的前角。

对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具，为了保证工作的稳定性和刀具耐用度，应选较小的前角或零度前角。

(2)后角的选择增大后角，可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦，减小磨损，还可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，改善表面加工质量。

但后角过大，将削弱切削刃的强度，减小散热体积使散热条件恶化，降低刀具耐用度。

实验证明，合理的后角主要取决于切削厚度。

其选择原则如下：1)工件的强度、硬度较高时，为增加切削刃的强度，应选较小后角。

工件材料的塑性、韧性较大时，为减小刀具后刀面的摩擦，可取较大的后角。

加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，应取较小的后角。

2)粗加工或断续切削时，为了强化切削刃，应选较小的后角。

精加工或连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。

刀具主要几何角度及选择————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:刀具主要几何角度及选择ﻫ金属切削刀具切削部分的结构要素、几何角度与斧头等刀具有许多共同的特征。

如图1，各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言,都相当于一把斧头的刀头。

现以熟悉的车刀为例说明刀具主要几何角度。

图１刀具的切削部分1.车刀切削部分的组成ﻫ车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成（如图2)。

图2 硬质合金外园车刀(１) 前刀面刀具上切屑流过的表面。

(2)主后刀面刀具上与工件上的加工表面相对着并且相互作用的表面，称为主后刀面。

(３) 副后刀面刀具上与工件上的已加工表面相对着并且相互作用的表面,称为副后刀面。

ﻫ(4) 主切削刃刀具上前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃。

(5) 副切削刃刀具上前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。

(６)刀尖主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。

刀尖实际是一小段曲线或直线,称修圆刀尖和倒角刀尖。

2．车刀切削部分的主要角度（1)测量车刀切削角度的辅助平面图3 测量车刀的辅助平面为了确定和测量车刀的几何角度,需要选取三个辅助平面作为基准，这三个辅助平面是切削平面、基面和正交平面,如图３所示。

ﻫ1)切削平面Ps 切削平面是切于主切削刃某一选定点并垂直于刀杆底平面的平面。

ﻫ２)基面P r基面是过主切削刃某一选定点并平行于刀杆底面的平面。

ﻫ３)正交平面Ｐ0主剖面是垂直于切削平面又垂直于基面的平面。

可见这三个坐标平面相互垂直，构成一个空间直角坐标系。

图4 车刀的主要角度(2)车刀的主要几何及其选择1)前角前角在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。

前角的正负方向按图示规定表示,即刀具前刀面在基面之下时为正前角，刀具前刀面在基面之上时为负前角。

前角一般在-5°～25°之间选取。

角度功用选择原则（1）根据工件材料选择前角。

加工塑性材料时，特别是硬化严重的材料（如不锈钢等），为了减小切削变形和刀具磨损，应选用较大的前角；加工脆性材料时，由于产生的切屑为崩碎切屑，切削变形小，因此增大前角的意义不大，而这时刀屑间的作用力集中在切削刃附近，为保证切削刃具具有足够的强度，应采用较小的前角。

工件强度和硬度低时，切削力不大，为使切削刃锋利，可选用较大的甚至很大的前角。

工件材料强度高时，应选用较小的前角；加工影响切削变形和切削力的特别硬的工件材料（如淬火钢）时，应选用很大小、刀具耐用度和加工表面的小的前角，甚至选用负前角。

因为工件的强度、质量。

增大前角能使刀刃变得锋硬度愈高，产生的切削力愈大，切削热愈多，利，使切削更为轻快，可以减小为了使刃具有足够的强度和散热，防止崩刃和切削变形和摩擦，从而减小切削磨损，应选用较小的前角。

前角o力和切削功率，切削热也少，加（2）根据刀具材料选择前角。

刀具材料工表面质量高。

但增大前角会使的抗弯强度和冲击韧性较低时应选较小的前刀刃和刀尖强度下降，刀具散热角。

通常硬质合金车刀的前角在−5°～体积减小，影响刀具的耐用度。

+20°，高速钢刀具比硬质合金刀具的合理前前角的大小对表面粗糙度、排屑角约大5°～10°，而陶瓷刀具的前角一般取及断屑等也有一定影响。

−5°～−15°。

（3）根据加工性质选择前角。

粗加工时，特别是断续切削或加工有硬皮的铸、锻件时，不仅切削力大，切削热多，而且承受冲击载荷，为保证切削刃有足够的强度和散热面积，应适当减小前角。

精加工时，为使切削刃锋利、减小切削变形和获得较高的表面质量，前角应取得较大一些。

数控机床、自动机床和自动线用刀具，为保证刀具工作的稳定性，使其不易发生崩刃和破损，一般选用较小的前角。

减小后刀面与工件的摩擦（1）根据切削厚度选择后角。

合理后角和后刀面的磨损，其大小对刀具大小主要取决于切削厚度（或进给量），切削耐用度和加工表面质量都有很厚度hD愈大，则后角应愈小；反之亦然。

一、车刀的组成如图1所示，车刀由切削部分和夹持部分（刀杆）两大部分组成。

刀头承担切削工作，由各种刀具材料制作；刀杆用于将车刀夹持在车床刀架上，常用普通碳钢（45）、球墨铸铁制成。

车刀的切削部分由三个表面、两条刀刃和一个刀尖组成。

1．前刀面直接与切屑接触的表面，用γA表示。

2．主后刀面与工件上过渡表面相对着的表面，用αA表示。

3．副后刀面与工件上已加工表面相对着的表面，用αA'表示。

4．主切削刃前面与后面的交线。

承担主要切削工作，用S表示。

5．副切削刃前面与副后面的交线。

其靠刀尖处起微量切削作用，具有修光性质。

用S'表示。

6．刀尖主切削刃和副切削刃的交点。

通常以圆弧或短直线形成出现，以提高刀具的使用寿命。

不同类型的刀具，其刀面、切削刃的数量不完全相同，如切断刀就有两个副后面，两个副切削刃和两个刀尖。

二、刀具的几何角度（一）刀具角度的参考系切削能否顺利进行，刀具的几何角度起着十分重要的作用。

为在设计、绘图、刃磨、测量中正确表示这些角度，须确定一参考坐标平面作为基准。

下面介绍刀具静止参考系中常用的正交平面参考系。

如图2所示。

图2 正交平面参考系1．基面过主切削刃上的一点，垂直于切削速度方向的平面。

用r P表示。

图1 车刀的组成2．切削平面过主切削刃上的一点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。

用s P表示。

3．正交平面垂直于主切削刃在基面上投影的平面，又称主剖面，用o P表示。

切削平面、基面、正交平面（主剖面）在空间相互垂直，构成一个空间直角坐标系，是车刀几何角度的测量平面。

（二）车刀的基本角度（图3）图3 车刀的几何角度1．在正交平面（主剖面）中测量、标注的角度⑴前角前刀面（γA）与基面（r P）的夹角，用oγ表示。

当前刀面与基面的夹角小于90°时，oγ为正值；大于90°时，oγ为负值。

⑵后角后刀面αA与切削平面s P间的夹角，用oα表示。

当后刀面与切削平面的夹角小于90°时，oα为正值；大于90°时，oα为负值。

刀具几何角度对切削加工的影响及其选择王洋交通与物流工程学院机械设计制造及其自动化摘要：刀具材料的优选对于切削过程的优化具有关键作用，但是，刀具几何角度的选择不合理也会使刀具材料的切削性能得不到充分的发挥。

可见，刀具合理几何角度的选择同样是切削刀具理论与实践的重要课题之一。

切削加工刀具的完善程度对切削加工的现状和发展起着决定性的作用。

关键词：前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖Geometry of the cutting tool and its selectionWangYangTransportation and Logistics Engineering Mechanical Design, Manufacturing and Automation Abstract：Optimization of the cutting tool material has a key role in the optimization process, However, the choice of cutting tool geometry unreasonable also make the cutting tool materials are not sufficient to play.Shows that, cutting tool geometry and reasonable choice of cutting tools is also an important issue of theory and practice of. Degree of perfection of cutting tools on machining status and play a decisive role in the development of.Keywords：tool orthogonal rake，tool orthogonal clearance，tool cutting edge angle，tool minor cutting edge angle，tool cutting edge inclination angle，corner一、前角的功用及其合理值的选择1、前角的功用（1）影响切削区的变形程度：若增大前角，可以减小切削变形，从而减小切削力、切削热和切削功率。

课程（科目）：车工车刀前角的参考数值见表1工件材料刀具材料咼速钢硬质合金前角(丫0 )数值灰铸铁HT1500°〜5 c5°〜10。

咼碳钢、合金钢((T15°〜25°5°〜10。

b=800 〜1000MPa)中碳钢、中碳合金钢25°〜30°10°〜15°((Tb=600〜800 MPa )低碳钢30 °〜40°25 〜30°铝及镁的轻合金35°〜45°30°〜35°④工艺系统的刚性较差或机场精度不足时应取较大的前角⑤成形刀具或齿轮刀具等为了防止齿形误差常取很小的前角，甚至是零度的前角O前角的作用：前角大，刃口锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力小，切削力和切削热减小。

但前角过大将使切削刃的强度降低，散热条件变差，刀具的使用寿命降低，甚至会造成崩刃的现象。

虽然前角和前刀面的作用各不相同，但是它们之间有着密切的联系。

前刀面的形状有平面型、曲面型和带带倒棱型三种。

平面型又可以分成正前角平面型、负前角平面型和负前角双面型；曲面型又可分为弧曲面、波纹曲面和其他形式曲面；带倒棱型又可分为平面带倒棱型和曲面带倒棱型两种。

如下图所示°a)b)c)图1前刀面平面型a）正前角平面型b）负前角单面型c）负前角双面型图2曲面型图3带倒棱型(1)后角(a o)后角太大，会降低切削刃和刀头的强度；后角太小，会增加后刀面与工件表面的磨擦，选择后角主要诊所以下几个原则：①粗加工时，应取较小的后角(硬质合金车刀：a o =5。

〜7。

；高速钢车刀：ao=6°〜8。

)；精加工是时，应取较大的后角(硬质合金车刀：ao =8°〜10°;高速钢车刀：ao=8°〜12°)②工件材料较硬，后角宜取小值；工件材料较软，则后角取大值。

车刀前角和后角的参考值副后角（a J）—般磨成与后角（ao ）相等但在等特殊情况下，为了保证刀具的强度，副后角应该取较小的数值。

车刀的几何角度及选择原则newmaker为了决定车刀刃口的锋利程度及其在空间的位置，必须建立一个坐标系，该坐标系由三个基准平面构成。

下面以外圆车刀为例，介绍车刀的几何角度。

如图所示。

基面：过主切削刃选定点的平面，此平面在主切削刃为水平时包含主刀刃并与车刀安装底面即水平面平行，此平面主要作为度量前刀面在空间位置的基准平面。

切削平面：过主切削刃选定点与主切削刃相切，并与基面相垂直的平面。

此平面主要作为度量主后刀面在空间位置的基准面。

主剖面：过主切削刃选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。

（1）、前角γ0 前刀面与基面的夹角，在主剖面中测量。

前角的大小影响切削刃锋利程度及强度。

增大前角可使刃口锋利，切削力减小，切削温度降低，但过大的前角，会使刃口强度降低，容易造成刃口损坏。

取值范围为：-8°到+15°。

选择前角的一般原则是：前角数值的大小与刀具切削部分材料、被加工材料、工作条件等都有关系。

刀具切削部分材料性脆、强度低时，前角应取小值。

工件材料强度和硬度低时，可选取较大前角。

在重切削和有冲击的工作条件时，前角只能取较小值，有时甚至取负值。

一般是在保证刀具刃口强度的条件下，尽量选用大前角。

如硬质合金车刀加工钢材料时前角值可选5°-15°。

（2）、主后角α0 主后刀面与切削平面间的夹角，在主剖面中测量。

其作用为减小后刀面与工件之间的摩擦。

它也和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。

选择原则与前角相似，一般为0到8°。

（3）、主偏角κ r 主切削刃与进给方向间的夹角，在基面中测量。

其作用体现在影响切削刃工作长度、吃刀抗力、刀尖强度和散热条件。

主偏角越小，吃刀抗力越大，切削刃工作长度越长，散热条件越好。

选择原则是：工件粗大刚性好时，可取小值；车细长轴时为了减少径向切削抗力，以免工件弯曲，宜选取较大的值。

常用在15°到90°之间。

（4）、副偏角κ 'r 副切削刃与进给反方向间的夹角，在基面中测量。

用YW硬质合金车刀车削高硬度合金钢刀具几何角度的选择用YW硬质合金车刀车削高硬度合金钢刀具几何角度的选择用YW1车刀对高硬度合金钢的加工：YW1硬质合金车刀是我近年来对加工高硬度合金钢所常用的刀具。

高硬度合金钢其硬度接近于高速钢刀具材料的硬度，硬度在HRC61-65左右范围内的合金钢材料，具有硬度高，强度高，高耐磨性。

近年来曾多次切削过这类材料，车削时如采用切削金属材料硬质合金刀具及几何角度，如YG8等硬质合金，往往出现刀具前面急剧磨损，并很快烧坏刀尖，刀具损坏严重，切削刃变钝，导致无法继续切削，则对以上出现的问题，我开始查阅《金属材料与热处理》和《车工工艺学》，查阅这类钢的机械性能和物理性能及车削特种钢材车刀的几何角度。

通过实践并逐步搜索出一种实用有效的刀具形状角度（如附图）。

刀具材料：YW1硬质合金车削刀具，用它的硬来克材料的硬。

主偏角选90°。

副偏角按常规切削6°～8°。

后角和副后角，按粗加工，,强力切削的角度选5°～7°。

刃倾角取负6°，刀尖处于切削刃的最低点，以加强刀刃的强度。

前刀面取零度，主切削刃和副切削刃磨出负前角为10°宽5mm，两倒棱平面形成吐起棱角延伸至刀尖。

因此主切削刃和刀尖都得到了加强。

即在保证刀刃锐利的同时又增加了强度，做到了“锐中有固的原则”。

例：当车削材料为滚动轴承钢内圈加工，滚动轴承内圈安装在电机转子两端上滚动轴承中，由于电机转子在运转时滚动轴承内圈与装配轴研伤，一致影响了转子的旋转精度，在维修时，需把损坏的轴承，从电机转子上扒下来。

但由于内圈却牢固的结和在轴上，需切削加工内圈到轴表面，内圈外圆外径为100 毫米，壁厚20毫米，长50毫米。

这时，选用刀具YG8，YT15硬质合金，对内圈材料硬度不了解，采用低速，小走刀量切削，感觉材料很硬，车不动，随后，刀具很快磨损，重磨车刀后继续切削又很快磨损，如此反复，降低了工作效率则对这些特点，笔者选用刀具材料为YW1硬质合金，刀具角度几何形状（如附图）。

硬质合金车刀几何角度选择原则(1)前角的选择增大前角，可减小切削变形，从而减小切削力、切削热，降低切削功率的消耗，还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高加工质量。

但增大前角，会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低，容易造成崩刃，还会使刀头的散热面积和容热体积减小，使切削区局部温度上升，易造成刀具的磨损，刀具耐用度下降。

选择合理的前角时，在刀具强度允许的情况下，应尽可能取较大的值，具体选择原则如下：1)加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和和切削温度，应选较大的前角，加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。

工件的强度低，硬度低，应选较大的前角，反之，应取较小的前角。

用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时，应取负前角。

2)刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较高时，应取较大的前角。

如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的韧性差，其前角应更小。

3)粗加工、断续切削时，为提高切削刃的强度，应选用较小的前角。

精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选用较大的前角。

当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时，应取较大的前角。

对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具，为了保证工作的稳定性和刀具耐用度，应选较小的前角或零度前角。

(2)后角的选择增大后角，可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦，减小磨损，还可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，改善表面加工质量。

但后角过大，将削弱切削刃的强度，减小散热体积使散热条件恶化，降低刀具耐用度。

实验证明，合理的后角主要取决于切削厚度。

其选择原则如下：1)工件的强度、硬度较高时，为增加切削刃的强度，应选较小后角。

工件材料的塑性、韧性较大时，为减小刀具后刀面的摩擦，可取较大的后角。

加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，应取较小的后角。

2)粗加工或断续切削时，为了强化切削刃，应选较小的后角。

精加工或连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。

硬质合金锯片包含合金刀头的种类、基体的材质、直径、齿数、厚度、齿形、角度、孔径等多个参数，这些参数决定着锯片的加工能力和切削性能。

选择锯片时要根据锯切材料的种类、厚度、锯切的速度、锯切的方向、送料速度、锯路宽度需要正确选用锯片。

(一)硬质合金种类的选择硬质合金常用的种类有钨钴类（代号YG）、钨钛类（代号YT）。

由于钨钴类的硬质合金抗冲击性较好，在木材加工行业中使用更为广泛。

木材加工中常用的型号为YG8-YG15，YG后面的数字表示钴含量的百分数，钴含量增加，合金的抗冲击韧性和抗弯强度有所提高，但硬度和耐磨性却有所下降，要根据实际情况加以选用。

(二)基体的选择1.65Mn弹簧钢弹性及塑性好，材料经济,热处理淬透性好,其受热温度低,易变形可用于要求切削要求不高的锯片。

2.碳素工具钢含碳高导热率高,但受200℃-250℃温度时其硬度和耐磨性急剧下降，热处理变形大，淬透性差，回火时间长易开裂。

为刀具制造经济材料如T8A、T10A、T12A等。

3.合金工具钢与碳素工具钢相比，耐热性，耐磨性好，处理性能较好，耐热变形温度在300℃-400℃适宜制造高档合金圆锯片。

4.高速工具钢具有良好淬透性，硬度及刚性强，耐热变形少，属超高强度钢，热塑性稳定适宜制造高档超薄锯片。

锯齿角度的选择锯齿部分的角度参数比较复杂，也最为专业，而正确选择锯片的角度参数是决定锯切质量的关键。

最主要的角度参数是前角、后角、楔角。

前角主要影响锯切木屑所消耗的力。

前角越大锯齿切削锐度越好，锯切越轻便，推料越省力。

一般被加工材料材质较软时，选较大的前角，反之则选较小的前角。

锯齿的角度就是锯齿在切削时的位置。

锯齿的角度影响着切削的性能效果。

对切削影响最大的是前角γ、后角α、楔角β。

前角γ是锯齿的切入角，前角越大切削越轻快，前角一般在10-15℃之间。

后角是锯齿与已加工表面的之间的夹角，其作用是防止锯齿与已加工表面发生摩擦，后角越大则摩擦越小，加工的产品越光洁。

刀具的几何参数包括刀具的切削角度，刀面的形式(如平前刀面，带卷屑断屑槽的前刀面、波形刀面等)以及切削刃的形状(直线形、折线形、圆弧形等)。

刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削温度和刀具磨损都有显著影响，从而影响切削加工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。

刀具的合理几何参数．是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。

选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、刀具材料、刀具类型，也与切削用量、工艺系统刚性和机床功率等因素有关。

第一节前角及前刀面形状的选择一、前角的功用及选择前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度，直接影响切削过程。

前角有正前角和负前角之分。

取正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切削轻快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。

但前角过大时，楔角过小，会削弱切削刃部的强度并降低散热能力，反而会使刀具寿命降低。

由图可知，加工不同材料时，前角太大或太小，刀具耐用度都较低。

在一定加工条件下，存在一个耐用度为最大的前角，即合理前角。

取负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高切削刃强度和耐冲击能力。

负前角刀具通常在用脆性刀具材料加工高强度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、易产生崩刃时才采用。

前角的合理数值选取原则刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、工件材料的种类与性质：1．刀具材料：强度和韧性较高时可选择较大的前角。

高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。

因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大5°～10°。

陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。

选择要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4°～－15°范围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0°～－10°)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。