淺談金屬切削刀具的合理選擇

摘要：本文談到切削刀具在金屬切削加工中不可缺少的地位，為了得到刀具最佳切削加工性能和高耐用度，從選材、工作角度分析了如何選擇合理刀具。

關(guān)鍵詞：切削刀具；刀具材料；刀具角度；耐用度；

Abstract： This thesis first illustrates the indispensable status of cutting tools in the metal cutting processing and then analyzes how to choose appropriate cutting tools from angles of material-choosing and of working condition respectively in order to get the best performance and high durability of cutting tools.

Key words： Cutting Tools； Cutting Materials； Cutting Angle； Durability；

1 金屬切削加工概況

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了生產(chǎn)工藝和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在這種情況下，切削加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段，金屬的機(jī)器零件經(jīng)過的加工方式分為塑性加工、機(jī)械加工、高能加工、電及化學(xué)加工幾大類。并且機(jī)械加工中的切削加工和磨削加工在機(jī)械制造過程中所占比重大，用途廣泛。因此，為了提高機(jī)械加工的效率，同時降低生產(chǎn)過程的成本，我國在加工刀具方面投入的研究量大，對刀具材料、變形過程、切削環(huán)境等進(jìn)行了大量的實驗和智能化分析，得到了真實有效的數(shù)據(jù)。然而遺憾的是核心數(shù)據(jù)庫在國際上只有少數(shù)廠家掌握，持有者可獲得關(guān)鍵競爭力和壟斷利潤，關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備仍基本依賴進(jìn)口。

2 切削刀具的幾何參數(shù)

金屬切削加工過程是刀具與工件相互作用的過程。其中包括切削力、徑向力和背向力三個基本分力，同時伴有摩擦產(chǎn)生高溫作用，所以這對于刀具切削部分的表面質(zhì)量影響程度很大。易產(chǎn)生積屑瘤、變形或者加工硬化等不利現(xiàn)象。一般刀具切削部分表面分為前刀面、主后刀面，副后刀面三個表面。前刀面即切屑沿其排出的表面，并控制切屑排出方向，前刀面在切削中由于與切屑產(chǎn)生摩擦，容易形成高溫集中，并伴隨著高壓作用，易產(chǎn)生粘結(jié)作用，容易形成積屑瘤。主后刀面是與工件上過渡表面相對的表面，副后刀面則是與工件上已加工表面相對的表面，它在加工中幾乎不參與切削作用，但會對已加工表面形成擠壓和摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化與加工硬化。切削刀刃分為主刀刃，副刀刃，過渡刃。主刀刃又稱主切削刃，是前刀面與主后刀面相交而得到的邊鋒，用以形成工件的過渡表面，它完成主要的金屬切除工作。同樣，副刀刃稱為副切削刃，是前刀面與副后刀面相交的邊鋒，切除工作，以最終形成工件的已加工表面。過渡刃是主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃，它可以是直線段或圓弧。

3 刀具材料對刀具合理選擇的影響

在金屬切削加工中，刀具切削部分材料的不同對刀具的耐用度和加工精度也會造成不同影響，現(xiàn)在的刀具材料可分為高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層刀具等。高速鋼按用途分為普通高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼，普通高速鋼由于具有高硬度和耐磨性，一定的塑性和韌性，適用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具，可以用來切削大部分鑄鐵工件，但在使用普通高速鋼刀具時要保證切削速度不高于40-60m/min，否則易造成刀具崩刃或快速磨損。高性能高速鋼加熱到630℃仍能保證較高的硬度，因而在高速切削中的耐用度高于普通高速鋼，適用于加工高溫合金，奧氏體不銹鋼等難加工工件，尤其是在高速切削時優(yōu)勢明顯。粉末冶金高速鋼制造困難，加工成本高，生產(chǎn)環(huán)境要求嚴(yán)格。但這種高速鋼晶粒細(xì)而均勻，具有良好的磨加工性和耐磨性。適用于制造難加工刀具和精密刀具。硬質(zhì)合金刀具分為YG類、YT類、YW類三種。由于增加了Co含量，進(jìn)而提高了刀具的抗彎強度，因此YG類適合制造小尺寸刀具，并且保證較低的切削速度，用于加工難加工工件。YT類在YG類基礎(chǔ)上增加了TiC含量，進(jìn)而增強刀具的耐磨性和硬度，但是TiC含量不宜過高，否則會使抗彎強度明顯下降。YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點是耐熱性好，當(dāng)對耐熱性要求很高時，我們可以選擇TiC含量較高的牌號，而對于刀具易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，無法承受大的沖擊載荷，我們可以選擇TiC含量低的排號。YW類又是在YT類基礎(chǔ)上增加了一定含量的TaC.，提高了刀具強度、硬度、耐磨性和抗氧化能力?？捎糜诩庸つ巢糠骤T鐵和有色金屬。

4 刀具工作角度對刀具合理選擇的影響

在金屬切削性分析中，刀具角度是必不可少的。刀具角度是指在刀具工作圖需要標(biāo)注的角度。它用于刀具的制造，測量和刃磨。通常我們用到的標(biāo)注角度有主偏角Kr、副偏角Kr、前角γo、后角αo、刃傾角λs和副后角αo。主偏角對刀具的耐用度影響很大，主偏角越大，刀具耐用度越低，這是因為當(dāng)主偏角增大時，隨即刀尖角減小，刀具的散熱體積減小，并且切削厚度增大，切削寬度減小，刀刃的曲線部分長度將會隨之減小，單位面積承受的負(fù)載增大，散熱條件不好。當(dāng)主偏角太大時，易使刀尖受到?jīng)_擊發(fā)生崩刃。因此合理的刀具盡量選擇小的主偏角。副偏角的主要作用是形成最終的已加工表面，副偏角不宜過小，否則會增大副后刀面與已加工表面的摩擦，增大表面粗糙度并且還加快刀具的磨損。前角的大小決定著切削刃的鋒利程度和強固程度。根據(jù)李和謝弗的近似剪切角公式Φ+β-γo=π/4可知，前角越大，剪切角變大，切屑變形減小，從而使切削力和切削功率減少，刀頭熱量減少，提高刀具的耐用度，但前角也不宜過大，會減小楔角，致使切削溫度升高。經(jīng)過實驗得知，在一定的加工條件下，存在一個刀具耐用度為最大的前角—合理前角。后角的作用是減小主后刀面與加工表面的摩擦。適當(dāng)?shù)脑龃蠛蠼强商岣叩毒吣陀枚?，增大后角可以減小彈性恢復(fù)層與后刀面的接觸長度，并且刀刃鈍圓半徑也會減小，適合切下金屬層很薄的工件。刃傾角的主要作用是控制切屑排出的方向，很好的分配切削分力。一般工作環(huán)境要求切屑遠(yuǎn)離操作員，所以要求取刃傾角為負(fù)值，但是如果精車時，我們要保護(hù)已加工表面，防止被切屑刮傷，常取正刃傾角。在系統(tǒng)剛性較差時，優(yōu)先選擇正刃傾角。車刀的副后角一般等于后角，當(dāng)?shù)毒咝枰胁刍蛘咔袛喙ぜr，取較小的副后角。最后應(yīng)說明刀具的各個角度都是相互關(guān)聯(lián)的。單個角度的合理值并不能使刀具發(fā)揮最佳作用。只有通過實驗得出數(shù)據(jù)，在總結(jié)數(shù)據(jù)的一些特點，才能更好的選擇出最合理的刀具。

5 結(jié)束語

通過對刀具材料、刀具工作角度這些性質(zhì)分析，使人們能夠認(rèn)識到如何正確合理的選擇刀具，有助于提高機(jī)械化水平和加快工業(yè)化進(jìn)程。眾所周知，金屬切削機(jī)床的數(shù)控化和柔性化，和集成制作系統(tǒng)的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展方向，一臺好的機(jī)床只有配上一把好刀才能發(fā)揮最佳功效，所以，我們要掌握刀具的正確使用，才能提高效率，降低生產(chǎn)成本，才能帶來生產(chǎn)效益。

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作者簡介：

喻志高（1995—），男，漢族，江西南昌人，學(xué)生，鄭州大學(xué)，機(jī)械工程學(xué)院，研究方向：機(jī)械工程。