刀具前角、后角和主、副偏角的功用及其选择

更新时间：2024-11-02 08:46:02　点击：0

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。)是切削刀具上重要的几何参数之一，它的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。选择合理的前角，是刀具设计的重要问题。
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。第四章图4—14所示，为前角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；过份加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力，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。值得法意的是，前角大小同切削过程中的振动现象有关，减小前角或者采用负前角时，振幅急剧增大，如图10—5所示。
2.合理前角的概念
从上述前角的作用可知，增大或减小前角，各有其有利和不利两方面的影响。例如，从切削热的产生和散热来说，增大前角，可以减小切削热的产生，切削温度不致太高；但如果前角太大，则因刀头导热面积和容热体积减小，切削温度反而升高。在切削很硬的材料时，应用较小的前角，甚至选用适宜的负前角，以加强切削刃，并改善刀头容热和散热条件；但若是前角太小，或取很大的负前角，则因切削变形严重，产生热量多，来不及散逸，结果还会使切削温度上升。可见，在一定的条件下，前角有一个合理的数值。
图10—6为刀具前角对使用寿命影响的示意曲线。可见前角太大、太小都会使刀具使用寿命显著降低。对于不同的刀具材料，各有其对应着刀具最大使用寿命的前角，称为合理前角γopt。显然，由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧性差，其γopt也就小于高速钢刀具的γopt。同理，工件材料不同时，刀具的合理前角也不同(图10—7)。从实验曲线可以看出，加工塑性材料比加工脆性材料的合理前角值大，加工低强度钢比加工高强度钢的合理前角值大。这是因为切削塑性大的金属材料产生的切屑，在切削过程中，它同前刀面接触长度(刀—屑接触长度)较大，由于塑性变形的缘故，刀—屑之间的压力和摩擦力很大，为了减少切削变形和切屑流动阻力，应取较大的前角。加工材料的强度硬度较高时，由于单位切削力大，切削温度容易升高，为了提高切削刃强度，增加刀头导热面积和容热体积，需适当减小前角。切削脆性材料时，塑性变形不大，切出的崩碎切屑，与前刀面的接触长度很小，压力集中在切削刃附近，为了保护切削刃，宜取较小的前角。
以上所讲的都是保证刀具最大使用寿命的前角。在某些情况下，这样选定的γopt未必是最适宜的，例如在出现振动的情况下，为了减小振动的振幅或消除振动，除采取其他措施外，有时需增大前角；在精加工条件下，往往需要考虑加工精度和已加工表面的粗糙度要求，选择某一适宜的前角；有些刀具需考虑其重磨次数最多而选择某一前角，等等。
3.合理前角的选择原则
(1)工件材料的强度、硬度低，可以取较大的甚至很大的前角；工件材料强度、硬度高，应取较小的前角；加工特别硬的工件(如淬硬钢)时，前角很小甚至取负值。
(2)加工塑性材料时，尤其是冷加工硬化严重的材料，应取较大的前角；加工脆性材料时，可取较小的前角。
(3)粗加工，特别是断续切削，承受冲击性载荷，或对有硬皮的铸锻件粗切时，为保证刀具有足够的强度，应适当减小前角；但在采取某些强化切削刃及刀尖的措施之后，也可增大前角至合理的数值。
(4)成形刀具和前角影响刀刃形状的其它刀具，为防止刃形畸变，常取较小的前角，甚至取γ。＝0，但这些刀具的切削条件不好，应在保证切削刃成形精度的前提下，设法增大前角，例如有增大前角的螺纹车刀和齿轮滚刀等。
(5)刀具材料的抗弯强度较大、韧性较好时，应选用较大的前角，如高速钢刀具比硬质合金刀具，允许选用较大的前角(约可增大5—10º)。
(6)工艺系统刚性差和机床功率不足时，应选取较大的前角。
(7)数控机床和自动机、自动线用刀具，应考虑保障刀具尺寸公差范围的使用寿命及工作的稳定性，而选用较小的前角。
硬质合金车刀合理前角参考值见附录9的表9.1。
二、后角的功用及合理后角值的选择
后角也是刀具上主要的几何参数之一，它的数值合理与否直接影响已加工表面的质量、刀具使用寿命和生产率。
1.后角的功用
(1)后角的主要功用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。由于切屑形成过程中的弹性、塑性变形和切削刃钝圆半径rn的作用，在过渡表面上有一个弹性恢复层。后角越小，弹性恢复层同后刀面的摩擦接触长度越大，它是导致切削刃及后刀面磨损的直接原因之一。从这个意义上来看，增大后角能减小摩擦，可以提高已加工表面质量和刀具使用寿命。
(2)后角越大，切削刃钝圆半径rn值越小，切削刃越锋利。
(3)在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀具由新用到磨钝，所磨去的金属体积较大(图10—8a)，这也是增大后角可以延长刀具使用寿命的原因之一。但它带来的问题是刀具.