哈工大版金属切削原理与刀具课件第10章-刀具合理几何参数的选择讲解.ppt

第十章 刀具合理几何参数的选择 中国谚语：“工欲善其事，必先利其器”， 国际生产工程科学院(CIRP，The International Academy for Production Engineering, CIRP是法语的缩写Collège International pour la Recherche en Productique ) 的一项研究报告指出： “由于刀具材料的改进，刀具的允许切削速度每隔十年几乎提高一倍；由于刀具结构和几何参数的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高二倍。” 说明:选择刀具合理几何参数具有重要意义。 刀具的合理(或最佳)几何参数 在保证加工质量的前提下，能够保证刀具使用寿命、生产效率、成本低的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。 10.1 概述 刀具的合理几何参数包含四个方面基本内容： 1.刀具角度 前角γ。、 后角α。、 主偏角kr、副偏角kr’ 刃倾角λs 副后角α。’。 2.刃形 刃形即是指切削刃的形状。 直线刃 折线刃、 圆弧刃、 月牙弧刃、 波形刃、 阶梯刃 空间曲线刃， 切削刃的剖面型式，我们通常将它简称为刃区型式，会影响切削加工效率、质量和成本。 图10.1所示为五种刃区型式，其合理参数值的选择见有关资料。 4.刀面型式及参数 IS0标准确立了多棱面前、后刀面的定义，标志着切削刀具刀面型式的发展和多样性。 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。 10.1.2选择刀具合理几何参数的一般性原则 1.要考虑工件的实际情况 选择刀具合理几何参数，要考虑工件的实际情况，主要是工件材料的化学成分、制造方法、热处理状态、物理、机械性能(包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系数等)，还有毛坯表层情况、工件的形状、尺寸、精度和表面质量要求等。 2.要考虑刀具材料和刀具结构 选择刀具合理几何参数时，要考虑刀具材料的化学成分、物理机械性能(包括硬度、抗弯强度、冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数)，还有刀具的结构型式，是整体式、焊接式或机夹式等。 3.要注意各个几何参数之间的联系 刀具的刃形、刃区、刀面和角度之间是相互联系的，应该综合起来考虑它们之间的作用与影响，分别确定其合理数值。 从本质上看，这是一个多变量函数的优化设计问题，若用单因素法难免有很大的局限性。 例如，选择前角γ。时，至少要考虑卷屑槽型、有无倒棱及刃倾角λs的正负大小等，联系这些情况，优选合理的前角值，不要割裂它们之间的内在联系，孤立地选择某一参数。 4.要考虑具体的加工条件 选择合理几何参数，也要考虑加工条件，这就是机床、夹具的情况，工艺系统刚度及功率大小，切削用量和切削液性能等。 一般地说，粗加工时，着重考虑保证生产效率，精加工时，主要考虑保证加工精度和已加工表面质量的要求；对于自动线生产用的刀具，主要考虑刀具工作的稳定性，有时需要着重解决断屑问题；机床刚性和动力不足时，刀具应力求锋利(如增大前角和主偏角，减小切削刃钝圆半径等)，以减小切削力和振动。 5.考虑刀具锋利性与强度关系 考虑刀具锋利性与强度矛盾关系 保证强度前提下，力求锋利 10.2 刀具合理几何角度及其选择 一、前角的功用及合理前角值的选择 从金属切削的变形规律可知， 前角(γ。) 大小直接影响切削力、切削温度和切削功率，影响刃区和刀头的强度、容热体积和导热面积，从而影响刀具使用寿命和切削加工生产率。 1.前角的主要功用 (1)影响切削区域的变形程度：若增大刀具前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。前角γ。对三个切削分力的影响，当前角增大时，Fc、Fp、Ff力均显著减小，这是增大前角的有利方面。 (2)影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件：增大刀具前角，会使切削刃与刀头的强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小；过分加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力过大，造成崩刃。这些都是增大前角的不利方面。 (3)影响切屑形态和断屑效果：若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。 (4)影响已加工表面质量：前角与表面质量的关系，在第九章已有论述。 值得注意的是，前角大小同切削过程中的振动现象有关，减小前