机械制造基础——刀具几何参数的选择

刀具几何参数的选择刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具几何参数两方面打算的。

刀具几何参数的选择是否合理对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影响。

选择刀具的几何参数要综合考虑工件材料、刀具材料、刀具类型及其他加工条件（如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等）的影响。

一、前角的选择前角是刀具上最重要的几何参数之一。

增大前角可以减小切削变形，降低切削力和切削温度；但过大的前角使刀具楔角减小，刀刃强度下降，刀头散热体积减小，刀具温度上升，使刀具寿命下降。

针对某一详细加工条件，客观上有一个最合理的前角取值。

工件材料的强度、硬度较低时，前角应取得大些；加工塑性材料宜取较大的前角，加工脆性材料宜取较小的前角。

刀具材料韧性好时宜取较大前角，硬质合金刀具就应取比高速钢刀具较小的前角。

粗加工时，为保证刀刃强度，应取小前角；精加工时，为提高表面质量，可取较大前角。

工艺系统刚性较差时，应取较大前角。

为减小刃形误差，成形刀具的前角应取较小值。

用硬质合金刀具加工中碳钢工件时，通常取；加工灰铸铁工件时，通常取。

二、后角的选择后角的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与工件之间的摩擦。

较大的后角可减小刀具后刀面上的摩擦，提高已加工表面质量。

在磨钝标准取值相同时，后角较大的刀具，磨损到磨钝标准时，磨去的刀具材料较多，刀具寿命较长；但是过大的后角会使刀具楔角显著减小，减弱切削刃强度，减小刀头散热体积，导致刀具寿命降低。

可按下列原则正确选择合理后角值。

切削厚度（或进给量）较小时，宜取较大的后角。

进行粗加工、强力切削和承受冲击载荷的刀具，为保证刀刃强度，宜取较小后角。

工件材料硬度、强度较高时，宜取较小的后角；工件材料较软、塑性较大时，宜取较大后角；切削脆性材料，宜取较小后角。

对精度要求高的定尺寸刀具（例如铰刀），宜取较小的后角；由于在径向磨损量NB 取值相同的条件下，后角较小时允许磨掉的刀具材料较多，刀具寿命长。

车削中碳钢和铸铁工件时，车刀后角通常取为6~8°。

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。

2.4 刀具磨损和刀具耐用度2.4.1 刀具的磨损形式及原因（1）刀具的正常磨损形式1）前面磨损前面上形成月牙洼磨损（速度高，厚度大，形成月牙洼）2）后面磨损后面的磨损形式是磨成后角等于零的磨损棱带。

后面磨损棱带的中间部位表示。

（B区），磨损比较均匀，其平均宽度以VB表示，而且最大宽度以VBmax3）前后面同时磨损或边界磨损（速度底，切削厚度较小的塑性金属及加工脆性金属时）非正常磨损：刀具在切削的过程中突然或者过早的损现象叫~ 。

又叫破损。

常常分为两类：1.脆性破损（硬质合金和陶瓷刀具时）2.塑性破损（高速刚）（2）刀具磨损的原因1）硬质点磨损（磨粒磨损）（碳化物，氧化物等）工件材料中的杂质在刀具表面上擦伤，划出一条条的沟纹造成的机械磨损。

2）粘结磨损在一定的压力和温度作用下，在切屑与前面、已加工表面与后面的磨擦面上，产生塑性变形，形成粘结点，这些粘结点又因相对运动而破裂，粘结点的破裂也常常发生在刀具一方面被工件材料带走，从而形成刀具的粘结磨损。

3）扩散磨损切削过程中，刀具表面与工件由于高温与高压的作用，两磨擦表面上的化学元素有可能互相扩散到对方去，使两者的化学成分发生变化，从而削弱了刀具材料的性能，加速了刀具的磨损。

扩散速度随切削温度的升高而增加。

4）化学磨损（氧化磨损，相变磨损）化学磨损是在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，加速了刀具的磨损。

由于切屑不易进入刀具与切屑的接触区，故氧化磨损容易在主、副切削刃的工作面处形成。

3.2 刀具合理几何参数的选择3.2.1 概述刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形式、切削刃形状等。

刀具合理的几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。

刀具合理几何参数的选择决定于工件材料、刀具材料、刀具类型及其他具体工艺条件。

3.2.2 前角及前面形状的选择（1）前角的功用及合理前角的选择1）前角的主要功用①影响切削区的变形程度②影响切削刃与刀头的强度③影响切屑形态和断屑效果④影响已加工表面质量2）增大或减小前角各有利弊，前角有一个合理的数值。

刀具合理几何参数和切削用量的选择是否合理对刀具使用寿命、加工质量、生产效率和加工成本等有着重要影响。

刀具的“合理”的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达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。

第一节概述什么是刀具的合理或最佳几何参数呢在保证加工质量的前提下能够满足生产效率高、加工成本低的刀具几何参数称为刀具的合理几何参数。

一般地说刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容1 刃形刃形是指切削刃的形状有直线刃、折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃等。

刃形直接影响切削层的形状影响切削图形的合理性刃形的变化将带来切削刃各点工作角度的变化。

因此选择合理的刃形对于提高刀具使用寿命、改善已加工表面质量、提高刀具的抗振性和改变切屑形态等都有直接的意义。

2 切削刃刃区的剖面型式及参数通常将切削刃的剖面型式简称为刃区型式。

针对不同的加工条件和技术要求选择合理的刃区型式如锋刃、后刀面消振棱刃、前刀面负倒棱刃、倒圆刃、零度后角的刃带及其合理的参数值是选择刀具合理几何参数的基本内容。

图所示为五种刃区型式。

图常见的五种刃区形式a锋刃b消振棱c-负倒棱d-倒圆刃e刃带3 刀面型式及参数前刀面上的卷屑槽、断屑槽后刀面的双重刃磨、铲背以及波形刀面等都是常见的刀面型式。

选择合理的刀面型式及其参数值对切屑的变形、卷曲和折断对切削力、切削热、刀具磨损及使用寿命有着直接的影响其中前刀面的影响和作用更大。

4 刀具角度刀具角度包括主切削刃的前角γ0、后角а0、主偏角κr、刃倾角λs和副切削刃的副后角а??0、副偏角κ??r等。

刀具合理几何参数的选择主要决定于工件材料、刀具材料、刀具类型及其他具体工艺条件如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等。

当确定了刀具几何参数后还需选定合理的切削用量才能进行切削加工。

在机床、刀具和工件等条件一定的情况下切削用量的选择最富有灵活性和能动性。

对于充分发挥机床和刀具的功能以取得生产的最大效益来说切削用量的选择如果得当就可能最大限度地挖掘出生产潜力倘若选择不当会造成很大的浪费或导致生产事故。

第八节刀具儿何参数的合理选择刀具的介理儿何参数：足指存保证加T 质戢的前提下. 能够获得禺的刀貝|耐用度-从而达到摄再效率利降低 成木为U的的参数。

选择依据（刀具材料、工件材料.刀具类型及其它工 艺条件如切削用邑.I ••艺系统刚性.机床功率等）刀具基本角度的选择功川：决疋刀八的体利程度和强WR 度，对切削过程仃较人影响。

刀儿材料其他I ••艺条件（租帖加I 匚艺系统刚件差、机床功率不足、门动线加（结介前角介绍倒校＜ 包括饨IMIA 和卷«巒）1. 2. 刀貝儿何参数（几何角度.前刀面形式、切削刃形状）3. 4. »• 选样依据（刀其材料、匸件材料.比它「艺条件）• 后角> 功用：減小切削过W屮刀眞后刀血号加工衣向Z间的燃擦-对刀見耐用度和加T•表而质就冇较人影响。

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> 选择依据（IR 决J ： I •艺系统刚件.刚件好时取小伯一：局硬材料时一般选取较小的丄偏角；另外，需考虑工件形状和具休条件。