刀具主要参数及应用

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1、刀具的主要几何参数及作用刀具作为具有既定功能的金属切削工具，其性能除了决定于刀具材料和涂层以外，还决定于刀具切削部分的几何参数。刀具的切削部分是一个由几何参数确定的几何体。由于刀具切削部分直接参与切削过程，其几何参数关系着切削时金属的变形、切屑与刀具的摩擦、工件已加工表面与刀具的摩擦等，从而影响切削力、切削热及刀具的磨损；此外，还影响工件已加工表面的形状和质量、切屑的卷曲、折断和流向的控制等，从而对刀具的切削性能和切削效果起重大的作用。因此，了解刀具几何参数与切削性能和切削过程的关系是设计刀具和合理

2、使用刀具的前提。刀具切削部分的具体形状因不同的刀具类别有很大的区别，但是它们参加切削的部分在几何特征和各几何要素的功能上却具有共性。下面就以车刀为例表示刀具的主要几何要素(图6)。图6的左边是刀具切削部分的工作状态，右边表示构成切削部分的几何要素，包括前刀面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃、刀尖，其作用如下：前刀面是直接挤压金属形成切屑并引导切屑排出的表面，它与切屑产生剧烈的摩擦，金属变形的热量和与切屑摩擦的热量是刀具两个主要的热源，因此前刀面刀尖附近区域的温度很高。前刀面的形状、倾角是刀具控制

3、切屑卷曲、折断和流向的要素。图6车刀的工作状态及几何要素主后面是与前刀面共同构成刀具切削楔和主切削刃的表面，主后面与过渡表面或切削表面之间的摩擦是切削过程的第三个热源。为了减少摩擦，在切削楔与工件的过渡表面或切削表面之间须形成必要的隙角。主切削刃是前刀面与主后面相交形成的刀刃，起着对金属的切入、切离的作用，是切削过程中载荷和热量最集中的部位。副后面是与主后面相连并与前刀面一起三者共同构成刀尖和副切削刃的表面。除某些类型的刀具以外，对于大多数刀具它为实现走刀、进行连续切削和刀具的实际应用提供了可能，副

4、后面对着已加工表面并与已加工表面之间有一个隙角，以减少副后面与已加工表面的摩擦。副切削刃是副后面与前刀面相交形成的刀刃，与主切削刃相连。因切削时有一定的切削厚度，刀尖埋入工件材料内部，副切削刃也参与了对部分金属的切入、切离工作，并共同形成已加工表面和形态。副切削刃与主切削刃连接形成刀尖，为提高刀尖强度和加大散热的体积，或减小已加工表面的粗糙度，可将刀尖倒圆或倒角，在主、副切削刃之间形成过渡刃。这些几何要素的位置、形状决定了刀具的切削性能，关系着刀具锋利的程度、承载的能力、摩擦的大小和散热的快慢等，因

5、而决定着切削的效率及刀具的磨损。刀具的几何参数就是用以确定几何要素在空间位置的角度参数或与形状相关的参数。刀具的几何角度是把刀具放在与其工作位置相关的坐标系里并在规定的截面里测量的角度值,其值因坐标系或截面的不同而变化。图7所示为外圆车刀在正交坐标参考系中各截面的主要几何角度，包括前角(γo)、后角(αo)、主偏角(κr)、副偏角(κ´r)、刃倾角(λs)、刀尖圆弧半径(rε)。刀具的切削性能与刀具的这些几何角度有着密切的关系，并随着刀具材料、工件材料、工序类别、加工条件的不同而变化。前角(γo)影

6、响刀具的锋利程度和刀楔的强度。加大前角则刃口锋利，切削轻快、平稳，但刀尖强度下降，散热条件变坏。因此，大的前角适用于强度较高的刀具材料和加工强度较低、塑性较好的工件材料；反之，要用较小的前角甚至负的前角。但在加工奧氏体不锈钢、钛合金、镍基合金时亦要使用较大的前角、锋利的刀刃；而加工铸铁要用较小的前角。后角(αo)影响后刀面与工件表面的摩擦程度、刀具磨损的速率和刀楔的强度。加大后角可减少摩擦，也降低磨损速率和工件已加工表面硬化的程度，提高刀具耐用度，但也使刀尖的强度降低，散热条件变坏。因此，大的后角适

7、用于加工强度低的有色金属和加工硬化严重的钢材，以及切削厚度较小的精加工、半精加工。对于尺寸精度要求较高的刀具，宜取较小的后角，以提高刀具尺寸的保持性和重磨的次数。图7车刀几何角度主偏角(κr)影响刀刃上切削载荷的分布及切削力的径向分力与走刀分力的比例，从而影响刀具的寿命和加工系统的稳定性。减少主偏角可增加切削刃的工作长度和减小切削厚度，减轻作用在单位刀刃长度上的载荷，并加大刀尖角有利于提高刀尖强度和散热体积，因此，可提高刀具寿命，但使切削力的径向分力加大，在工艺系统刚性较差的情况下会降低加工精度引起

8、振动。可见在系统刚性许可的场合宜取较小的主偏角。副偏角(κ´r)主要影响已加工面的粗糙度和质量。加大副偏角会增加已加工表面残留面积的高度，而较小的副偏角则增加副后面与已加工表面的摩擦和磨损，也使表面质量变坏。解决这个矛盾的方法是在主、副切削刃之间增加过渡刃，用过渡刃来修正已加工表面的残留面积，又不增加副后面的摩擦与磨损。过渡刃还增加了刀尖的强度和散热的体积。较常用的过渡刃有圆弧形过渡刃、倒角形过渡刃，前者多用在可转位的车刀片，后者多用在铣削的可转位刀片。刃倾角(λs)