刀具對(duì)切削加工的影響

魏新蕊 何金燕 于佳航

摘要：機(jī)械加工涉及行業(yè)眾多，發(fā)展迅速，機(jī)械加工的發(fā)展趨勢(shì)是高效率、高精度、高柔性和綠色化，切削加工的發(fā)展方向是高速切削加工，在發(fā)達(dá)國(guó)家，它正成為切削加工的主流。高速切削加工對(duì)刀具提出了更高的要求。本文就立銑刀螺旋刃角度大小對(duì)切削性能的影響展開(kāi)研究論述。分別從立銑刀螺旋角度對(duì)切削力、排屑效果的影響這三方面進(jìn)行研究論述。

關(guān)鍵詞：刀具;數(shù)控銑床;加工中心

引言：

數(shù)控機(jī)床的刀具是2019年以來(lái)國(guó)家發(fā)改委重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，重點(diǎn)指出了國(guó)內(nèi)刀具行業(yè)的蕭條，對(duì)于刀具的生產(chǎn)給予了大力支持。在制造業(yè)的發(fā)展中，刀具成了高端制造中的不可或缺的一部分。刀具既是金屬加工的基礎(chǔ)工具，又是金屬切削機(jī)床的必備工具。質(zhì)量高的刀具不僅能加工出高質(zhì)量的工件，也能有效提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。

立銑刀是金屬切削加工的重要工具，螺旋刃角度參數(shù)、刀型結(jié)構(gòu)、刀具材質(zhì)等因素的不同都會(huì)影響金屬切削效果。本文就立銑刀的刀型結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及刀具對(duì)切削用量的影響等基本知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)切削刃螺旋角度參數(shù)對(duì)切削力、排屑效果等方面的影響進(jìn)行詳解闡述。

一、刀具基本知識(shí)簡(jiǎn)單介紹

1、立銑刀刀型結(jié)構(gòu)

立銑刀按切削刃可分為2刃立銑刀、3刃立銑刀、四刃立銑刀等。根據(jù)加工的方式及加工的工藝來(lái)選擇不同刃數(shù)的刀具。2刃立銑刀其刃數(shù)少，容屑槽大，排屑效果好，排屑流暢，所以2刃立銑刀一般用于開(kāi)槽銑削。其缺點(diǎn)是刀具橫截面小，刀體的剛性較低，在切削材質(zhì)較硬工件時(shí)容易變形斷裂。3刃、4刃等銑刀又叫多刃銑刀，多刃銑刀橫截面積增大，刀體剛性增強(qiáng)，每刃切削量變小，所以切削穩(wěn)定，精密度高。所以銑削側(cè)面時(shí)多選用四刃立銑刀。其缺點(diǎn)是排屑性能差。

2、刀具材質(zhì)

銑刀的常用材料有高速工具鋼、硬質(zhì)合金等。

高速工具鋼：具有高硬度，高速工具鋼中合金元素鎢、鉻、鉬、釩的含量較高，淬火硬度可達(dá)HRC62-70。在6000℃高溫下，仍能保持較高的硬度。強(qiáng)度和韌性好，抗振性強(qiáng)，能用于制造切削速度-般的刀具，對(duì)于鋼性較差的機(jī)床，采用高速鋼銑刀，仍能順利切削。其工藝性能好，鍛造、加工和刃磨都比較容易，所以還可以制造形狀較復(fù)雜的刀具。

硬質(zhì)合金：是金屬碳化物、碳化鎢、碳化鈦和以鈷為主的金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末治金工藝制造而成的。其主要特點(diǎn)如下：

能耐高溫，在800---10000℃左右仍能保持良好的切削性能，切削時(shí)可選用比高速鋼高4--8倍的切削速度。常溫硬度高，耐磨性好?？箯潖?qiáng)度低，沖擊韌性差，刀刃不易磨的很鋒利。硬質(zhì)合金刀具可以切削硬度較高的材料，使用壽命長(zhǎng)。但是與高速鋼刀具相比，成本較高。

3、刀具對(duì)切削用量的影響，

刀具是影響切削的線速度、切深/背吃刀量、進(jìn)給量這三個(gè)要素的至關(guān)重要的指標(biāo)。根據(jù)刀具合理的選擇切削用量才能更好的延長(zhǎng)刀具的使用壽命，提高刀具的耐用度。

切削過(guò)程中刀具耐用度隨切削用量變化的規(guī)律可以使用廣義泰勒公式來(lái)做近似描述，其一般形式如下：

T=Gr/Vx*Fy*Apz ? ? ? ?X>Y>Z

式中T為刀具耐用度系數(shù)，由公式可知：切削用量三要素切削速度Vx、進(jìn)給量Fy、背吃刀量Ap，任何一一項(xiàng)增大，都會(huì)使刀具耐用度降低。由于X>Y>Z，這表明切削速度Vx、進(jìn)給量Fy、背吃刀量Ap三者對(duì)刀具耐用度的影響程度不同，相反我們提高刀具耐用度就可以相應(yīng)提高切削三要素，從而提高加工效率。

二、切削刃螺旋角度參數(shù)對(duì)金屬切削的影響

1、立銑刀刀刃螺旋角度參數(shù)對(duì)切削力

螺旋角定義：螺旋角β就是在切削平面Ps內(nèi)度量的切削刃的切矢T與基面Pr的夾角，如圖1所示。Pr是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)P垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的平面;Ps是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)P與切矢T相切，并垂直于基面Pr的平面。

銑刀前角影響切削變形、切削力、切削溫度和切削功率，也影響刀頭強(qiáng)度、容熱體積和導(dǎo)熱面積，從而影響刀具的使用壽命和切削效率，是刀具設(shè)計(jì)的重要幾何參數(shù)之一”。在銑刀設(shè)計(jì)過(guò)程中，各角度間的關(guān)系是相互聯(lián)系、相互影響的。因此有必要研究螺旋角與銑刀前角的關(guān)系。通常認(rèn)為較大的螺旋角可以增加同時(shí)工作的螺旋齒數(shù)，減少銑削過(guò)程中的沖擊和增加其平穩(wěn)性。并使立銑刀刀刃鋒利。實(shí)際前角增大。

為更準(zhǔn)確的出結(jié)論，為深入探討螺旋角度對(duì)切削加工的影響，做了如下實(shí)驗(yàn)及實(shí)際加工案例：本次實(shí)驗(yàn)在三軸立式加工中心上進(jìn)行，選用φ10四刃立銑刀，刀具角度分別為0度（即直刃）立銑刀、30度、45度和55度立銑刀進(jìn)行切削試驗(yàn)，主軸轉(zhuǎn)速3000r/min，進(jìn)給速度為100㎜/min。遲到深度1㎜。切削材料為45號(hào)鋼。

在切削過(guò)程中通過(guò)觀察機(jī)床主軸參數(shù)（主軸承受力的大?。┛梢缘弥褐比辛姷躲娤鬟^(guò)程中切削力變化較大，隨著螺旋角度的增大切削力逐漸減小，且趨于平穩(wěn)。從直刃銑刀的基本性質(zhì)可知，直刃銑刀是呈斷續(xù)切削，切削沖擊力大，對(duì)刀具的抗震性要求較高，同等材質(zhì)的刀具使用壽命變短。

隨著銑刀螺旋角的增大，銑刀前角增大，螺旋角對(duì)工作前角的影響也就越大，螺旋角的這一特性增加了銑刀切削刃的鋒銳性，使刀具的切入性好。所以切向切削力隨著螺旋角度的增加逐漸減小，切削效果也變得平穩(wěn)，波動(dòng)性減小。

2、立銑刀刀刃螺旋角度參數(shù)對(duì)排屑效果

金屬切削的發(fā)展方向是快速切削，節(jié)省時(shí)間成本，提高金屬切削效率中刀具排屑效果不容忽視，切削速度變快，所產(chǎn)生的切屑就越快。在上述切削試驗(yàn)中，我們對(duì)不同螺旋角度刀具的排屑效果也加以觀察，得出如下結(jié)論：隨著銑刀螺旋角度的增加排屑效果逐漸增加，但是當(dāng)螺旋角到達(dá)一定值（30度左右）時(shí)排屑效果逐漸較小。

結(jié)束語(yǔ)

刀具是高效制造業(yè)發(fā)展中不可或缺的一部分。所以我們應(yīng)該在一系列因素的考慮下找出最為合適的計(jì)算公式和制作材料得到最為合適的機(jī)床刀具為我們所應(yīng)用。因?yàn)樗诩庸すぜ确矫嫣岣吡藱C(jī)床的高效生產(chǎn)率同時(shí)也大大降低了人工耗時(shí)性。給加工、生產(chǎn)等方面帶來(lái)了便利。在刀具行業(yè)的帶動(dòng)下我國(guó)制造業(yè)能發(fā)展的更迅速。同時(shí)也給人們的生活帶來(lái)了便利。

參考文獻(xiàn)：

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[2]丁琪. 金屬切削刀具對(duì)機(jī)械加工效率的影響探討[J]. 商品與質(zhì)量， 2019.

本文指導(dǎo)教師：吳超群