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金属切削加工中刀具合理几何参数的基本内容

提示:

刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容:刀具刃形、切削刃刃区的剖面形式及参数、刀面形式及参数和刀具的几何角度等。 1.刀具刃形 刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃,同时也明确了一定的切削加工条件必定对应有某种适宜的刃形。这是刀具

    刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容:刀具刃形、切削刃刃区的剖面形式及参数、刀面形式及参数和刀具的几何角度等。

    1.刀具刃形

    刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃,同时也明确了一定的切削加工条件必定对应有某种适宜的刃形。这是刀具几何构形趋于合理的一种标志。刀尖形状的变革,也是刃形变革的内容之一。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。以切断刀为例(图7-1),说明改革的刃形具有多样性。图7-1 (a)为左偏刃,图7-1 (b)为右偏刃,可避免切断后工件芯部残留一段细杆,也可防止切断终了时刀头折断;图7-1 (c)为双过渡刃,增强了两个刀尖;图7-1 (d)为双偏角刃,图7-1(e)(j)为折线刃或圆弧刃,均可增加切削刃的有效长度,改善刀尖处散热条件,获得有利于排屑的切削层形状;图7 1(k)(1)为月牙弧刃,有抗振作用;图7-1 (m)(n)为前刀面上磨出一条或几条纵向槽(搓板槽)形成的波形刃,抗振性好;图7-1 (0)为单面阶梯刃;图7-1 (p)为双阶梯刃。这些刃形总的特点是强化了刀尖,减少单位切削刃长度上的切削负荷,排屑顺利,还有一定的抗振作用,因而在各自适宜的切削条件下均可发挥较好的作用。

刀具的刃形

    7-1    刀具的刃形

    7-2所示为普通的平直切削刃切断刀与双阶梯刃切断刀的切削力试验曲线。这是刃形对比实验研究的一个实例。

    进行试验的双阶梯刃切断刀(图7-3)和普通平直刃切断刀的刀片材料均为YT5,除刃形不同外,其他几何参数都一样。图7-2为三种不同的进给量下,两把切断刀的切人深度h对主切削力F。的影响曲线。由图可见,随着切入深度h的增加,普通平直刃的切削力迅速上升,约为阶梯刃切削力的两倍。这是因为阶梯刃的主切削刃分为三段,切屑也相应地分成三条,切屑同切出槽形两壁之间的摩擦大大减小,即使切入较深时,也不致使切屑阻塞在刀头与切出槽形两壁之间。同时,切削液也容易注入切削区域,因此切削力和切削温度均显著减小。当切入深度增加时,阶梯刃切断刀仅仅由于切削速度降低而使切削力略有增加。由试验得知,阶梯刃的切削温度同平直刃相比,约降低20%25%,而刀具使用寿命延长了50%100%。由此可以看出变革刃形的重要意义。

普通平直切削刃与双阶梯刃切断刀切削力试验曲线

    7-2    普通平直切削刃与双阶梯刃切断刀切削力试验曲线(工件材料:45钢)

    1-f=0.195mm/r2-f=0.15mm/r3-f=0.11mm/r;○-阶梯刃切断刀;×-普通刃切断刀

双阶梯刃切断刀

    7-3    双阶梯刃切断刀

    2.切削刃刃区的剖面形式及参数

    切削刃的剖面形式,通常将它简称为刃区形式,对切削加工效率、质量和成本有重要的意义。针对不同的加工条件和技术要求,选择合理的刃区形式(如锋刃、前刀面负倒棱刃、后刀面消振棱刃、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7-4所示为五种刃区形式。

切削刃形式

    7-4    切削刃形式

    切削刃倒棱是防止因前角增大而使刀刃强度削弱的一种措施。在用脆性大的刀具材料切削时,如硬质合金、陶瓷刀具采用倒棱的方法,对减小刀具崩刃,提高刀具耐用度效果显著(可提高15倍)。陶瓷刀铣削淬硬钢时,切削刃非倒棱不可,倒棱宽度不可太大,应保证切屑仍能够沿正前角的前刀面流出。宽度一般为(0.30.8)f,粗加工取大值,精加工取小值。

    对于进给量很小(f0. 2mm/r)的精加工刀具,切屑很薄,为使切削刃锋利,不宜磨出倒棱。

    采用刀刃钝圆(倒圆刃)也是增强刀刃、减少刀具破损的有效办法,可使刀具耐用度提高2倍以上。断续切削时适当加大刀尖圆半径,可增加刀具崩刃前所受的冲击次数;钝圆刃还有一定的切削挤压及消振作用,可改善已加工表面粗糙度。目前,经钝圆处理的硬质合金刀片在可转位刀片上已获广泛应用。

    3.前刀面的形式

    前刀面有五种形式,如图7-5所示。

    ISO标准确立了多棱面前、后刀面的定义,标志着切削刀具刀面形式的发展和多样性。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,都是常见的刀面形式。选择合理的刀面形式及其参数值,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。

 前刀面的形式

    7-5    前刀面的形式

    概括起来可归结为两种,即平面形前刀面(图7-6)和曲面形前刀面(图7-7)。通过大量的实验表明,凡是主偏角为90°、75°、60°、45°的弯头车刀,在粗车或精车塑性钢件时,这些车刀的前刀面多以刃磨成曲面形前刀面为最佳。

    在前角相同的情况下,曲面形前刀面的刃磨强度优于平面形前刀面的刃磨强度。可分别作图7-6和图7-7来分析两种形式在前角γo=20°时离刀刃的水平距离为b= 6mm处时的槽深。由图7-6可计算出平面形前刀面的槽深:EF= btanγo=2.18mm;由图7-7可计算出曲面形前刀面的槽深:EF=1. 06mm。显然曲面形前刀面车刀的刀刃强度远远大于平面形前刀面车刀的刀刃强度。这样既有适当大的前角,而又不削弱刀刃强度的前刀面,对现场加工是有利的。

平面形前刀面计算示意

    7-6    平面形前刀面计算示意

曲面形前刀面计算示意

    7-7    曲面形前刀面计算示意

    曲面前刀面有利于切屑的卷曲折断。由于有利于断屑,为切屑的控制创造了有利的条件。在切削加工中可减少或避免人身伤亡事故的发生,使安全生产得以顺利进行。但曲面前刀面形式的缺点是刃磨比较麻烦,重磨也比较困难,而且刀具材料消耗也比较大。

    下列几种刀具一般都采用平面形前刀面。

    ①宽刃精车刀。理由是这种刀具的结构简单,刃磨和重磨都很容易、方便,便于保证刃磨质量,有利于提高加工精度。

    ②成形车刀。这是由于成形车刀磨钝后,在重磨时都是刃磨前刀面,以保证刀刃形状不变,从而保证所加工零件的精度。这就要求成形车刀的前刀面应该简单、易重磨,并在重磨后不影响刀刃形状精度,而平面形前刀面就具备这个特点。

    ③螺纹车刀。螺纹车刀中的三角形螺纹车刀、梯形螺纹车刀、锯齿形螺纹车刀等,其前刀面都应磨成平面形前刀面。

    4.刀具角度

    刀具角度包括主切削刃的前角γo、后角αo、主偏角kr、刃倾角λs和副切削刃的副后角α′o、副偏角kr等相关。


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