刀具前角后角的选用原则

刀具前角后角的选用原则
刀具前角后角的选用原则

刀具前角后角的选用原则
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.
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.