金属切削原理与刀具

1. 金属切削原理与刀具 机械科 郑力群

2. 5.2刀具几何参数的合理选择 Ⅰ.导入

3. 小课堂 • 车削加工：lathe work；turning • 钳工：fitter • 装配：assemble • 拆解： disassemble • 钻孔：drill • 锉削:filing • 动作标准化：standard action

4. 前课回顾 • 强度、硬度、塑性、韧性概念复习 • 强度：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 • 硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。 • 塑性：塑性是材料在某种定载荷下产生永久变形而不破坏的能力。 • 韧性：材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。与脆性相反，材料在断裂前有较大形变、断裂时断面常呈现外延形变，此形变不能立即恢复

5. 前课回顾 • 切削力

6. 5.2刀具几何参数的合理选择 Ⅱ.新课讲解

7. 一．前角和前刀面的选择 • （一） 前角的功用 • 　　前角的功用是在满足切削刃强度的前提下，使切削刃锋利。 增大前角能减少切屑变形和刀具磨损、改善加工质量、抑制积屑瘤等。但前角过大会削弱刀刃的强度及散热能力，易造成崩刃。因此，前角应有一合理的数值。P59表5-2为硬质合金车刀合理前角的参考值。

8. 一．前角和前刀面的选择 • （二）前角的选择 • 　　前角的选择原则是，在达到刀具寿命的前提下，应选取较大的前角。具体应考虑以下因素:  • (1） 工件材料的性质。工件材料的强度、硬度低，塑性大，前角应取较大值；材料强度、硬度高，前角应取较小值。 • (2） 刀具材料。刀具材料强度、韧性高，前角可取较大值，反之则取较小值。如高速钢刀具应取较大的前角，而硬质合金刀则应取较小值。  • (3） 加工形式。 粗加工时前角应取较小值，而精加工时前角应取较大值。

9. 一．前角和前刀面的选择 • （三）前刀面的形式 • 图为生产中常用的几种前刀面形式。 • (a) 正前角平面型； (b) 正前角平面带倒棱型； (c) 正前角曲面带倒棱型(d) 负前角单面型； (e) 负前角双面型

10. 二．后角和后刀面的选择 • （一）后角的功用 • 　　后角的主要功用是减小与切削表面的摩擦， 同时也影响着刃口的锋利和强度。  • （二）后角的选择原则是，在不产生摩擦的条件下，应适当选取较小的后角。具体应考虑以下因素:  • (1） 切削厚度hD。切削厚度薄，后角应取较大值；反之， 后角应取较小值。  • (2） 刀具形式。对于定尺寸刀具（如拉刀等），为延长刀具寿命，后角应取较小值。

11. 二．后角和后刀面的选择 • （三）后刀面的形式 • 1.双重后角能保证刃口强度，减少刃磨工作量，如图 (a)所示。  • 2.消振棱是指在后刀面磨出一条副后角的棱边，可增大阻尼，起消振作用,如图 (b)所示。  • 3. 刃带是指在后刀面上磨出后角为零的小棱边。对于定尺寸刀具（拉刀、 铰刀等），为了控制外径尺寸常需磨出刃带，同时可避免重磨后尺寸精度的变化，但刃带也会增大摩擦作用， 如图中的bα。 • (a) 刃带、双重后角； (b) 消振棱

12. 三．主偏角、 副偏角及刀尖的选择 • （一）主偏角的功用和选择 • 1. 主偏角的功用 • 主偏角主要影响各切削分力的比值，也影响切削层截面形状和工件表面形状。当主偏角减小时，Ff减小，Fp增加，有可能使工件弯曲并在切削时产生振动。当主偏角减小，进给量f和背吃刀量ap不变时，切削宽度将增加，散热条件改善，刀具耐用度将提高。 • 2.主偏角的选择 • 主偏角的选择原则是，在工艺系统刚度允许的前提下， 应选择较大的主偏角。

13. 三．主偏角、 副偏角及刀尖的选择 • （二）副偏角的功用和选择 • 1.副偏角的功用 • 　　副偏角主要影响已加工表面的粗糙度，同时也影响切削分力的比值。副偏角减小，表面粗糙度值小，但会增大背向力Fp。  • 2.副偏角的选择 • 　　副偏角主要按加工性质选择，一般取10°～15°，为保证切断刀刀尖强度，可取1°～2°。

14. 三．主偏角、 副偏角及刀尖的选择 • （三）刀尖形式及选择 • 　　图3为常见的几种刀尖形式。  • 1.图3(a)为直线型倒角刀尖，也称为过渡刃。一般κrε= （1/2）κr，bε′≈(1/5～1/4)ap，这种刀尖多用于粗车或强力车刀上。  • 2.图3(b)为圆弧刃刀尖。刀尖圆弧半径rε增大，平均主偏角减小，表面粗糙度值减小，刀具耐用度会提高，但Fp增大，切削中会产生振动。

15. 三．主偏角、 副偏角及刀尖的选择 • （三）刀尖形式及选择 • 3.图3(c)为平行刃，也称为修光刃, 是在副切削刃近刀尖处磨出一小段κr=0°的平行刀刃。修光刃长度bε′=(1.2～ 1.5)f。修光刃能降低表面粗糙度的值，但bε过大则易引起振动。  • 4. 图3(d)为大圆弧刀尖。其平均主偏角和副偏角均较小，刀具强度和耐用度均较高，切削的工件表面粗糙度值较小。 • (a)直线刃； (b) 圆弧刃(刀尖圆弧半径)； • (c) 平行刃(水平修光刃)；(d) 大圆弧刃

16. 四．斜角切削与刃倾角的选择 • （一）刃倾角的功用 • 　　刃倾角的功用主要是控制切屑流向，使刀刃锋利的同时， 改变切削刃的工作状态。  • 图为刃倾角对切屑流向的控制示意图。

17. 四．斜角切削与刃倾角的选择 • （一）刃倾角的功用 • 直角切削（λs=0°）时，切屑近似地沿切削刃的法线方向流出。而斜角切削（λs≠0°）时，切屑沿偏离切削刃的法线方向流出。当λs＜0°时，切屑流向已加工表面，会划伤已加工表面；当λs＞0°时，切屑流向改变，使实际起作用的前角增大，也增加了切削刃的锋利程度。 • 　　在断续切削的条件下，斜角切削可使切削刃逐渐平稳地切入或切出，但当λs＞0°时，刀尖会首先接触工件，容易崩刃； 当λs＜0°时，远离刀尖的切削刃先接触工件，既保护了刀尖， 又提高了承受冲击的能力，如图5所示。但负的刃倾角会使背向力Fp增大，导致工件变形及切削时产生振动。

18. 四．斜角切削与刃倾角的选择 • （一）刃倾角的功用

19. 四．斜角切削与刃倾角的选择 • （二）刃倾角的选择 • 　　刃倾角的选择应根据生产条件具体分析，一般情况下可按加工性质选取：精车λs=0°～5°；粗车λs=0°～-5°； 断续车削λs=-30°～-45°；工艺系统刚性较差时不宜选负的刃倾角。 表4-5为刃倾角选用参考表。

20. 五．过渡刃的选择 • 刀尖 是整个刀具上最薄弱的部位，那里的强度和散热条件都很差，故最易磨损。为了加强刀尖，延长刀具寿命，常用磨出过渡刃，主偏角大的刀具尤其应当采用它。过渡刃有两种形式：

21. 五．过渡刃的选择 • （一）圆弧过渡刃 • 从加工表面的粗糙度和刀具寿命的角度来说，刀尖圆弧半径越大越好。但半径增大时，背向力也增大，容易引起振动，因此，圆弧半径的大小有一定的范围。主要根据对刀尖强度的要求进行选择。例如：粗加工时，对刀尖强度要求高，圆弧半径应取大值；精加工时，对刀尖强度要求过低，圆弧半径宜取小值。

22. 五．过渡刃的选择 • （二）直线过渡刃 • 圆弧过渡刃刃磨较困难，一般都用直线过渡刃。直线过渡刃广泛用于粗加工或强力切削。

23. 5.2刀具几何参数的合理选择 Ⅲ.小结

24. 小结 • 一．前角和前刀面的选择 • （一） 前角的功用 • 二．后角和后刀面的选择 • （一）后角的功用 • 　　后角的主要功用是减小与切削表面的摩擦， 同时也影响着刃口。 • 三．主偏角、 副偏角及刀尖的选择 • （一）主偏角的功用和选择 • 1. 主偏角的功用 • 四．斜角切削与刃倾角的选择 • （一）刃倾角的功用

25. 谢谢