刀具前角及形狀的選擇

時間：2024-05-16 11:13:09 來源：admin 點擊：0次

（1）前角的作用前角有正前角與負前角之分，其大小影響切削變形和切削力的大小、刀具耐用度及加工表面質量高低。取正前角的目的是為了減少切屑被切下時的彈塑性變形和切屑流出時與前面的摩擦阻力，從而減少切削力和切削熱，使切削輕快，提高刀具壽命，并提高已加工表面質量，所以應盡可能采用正前角。但前角過大時，會削弱刃部的強度并降低散熱能力，反而會使刀具壽命降低。是刀具前角對刀具壽命的影響曲線。由下圖可看出，在一定的切削條件下，用某種材料的刀具加工某種材料的工件時，總有一個使刀具獲得最高壽命的前角值，這個前角就叫合理前角。合理前角可以是正前角，也可以是負前角。

刀具的合理前角

取負前角的目的是提高切削刃強度和抗沖擊能力，負前角刀具的前面受壓力，刃部相對比較結實，特別是在切削硬或脆性材料時，刃口強度好，但切削時刀具鋒利程度降低，切削變形和摩擦阻力增大，切削力和切削功率也增加。所以，負前角刀具通常在脆性刀具材料加工高強度高硬度工件材料而切削刃強度不夠、易產生崩刃時才采用。

正前角與負前角概念如圖a所示，前面與基面平行時前角為零；前面與切削平面間夾角小于90°時前角為正；前面與切削平面間夾角大于90°時前角為負。同樣后面與基面間夾角小于90°時后角為正，大于90°時后角為負。圖b所示刃傾角的正負判別，切削刃與基面平行時，刃傾角為零，刀尖相對底平面處于最高點時，刃傾角為正，處于最低點時，刃傾角為負。

刀具角度正負

a）正前角和負前角概念 b）刃傾角的正角判別

合理選擇前角參數應考慮的影響因素有：

1）刀具材料：對于刀具材料（包括涂層處理）來講，刀具材料抗彎強度和韌性較高時，前角就可以越大。如高速鋼刀具的前角比硬質合金刀具大5°～10°。陶瓷刀具的強度和韌性較差，前角的選擇要充分注意增加切削刃強度，常取負值（多在-15°～-4°），以改善刀具受力時的應力狀態。立方氮化硼由于脆性大，一般都采用負前角高速切削。

2）加工對象：工件材料的強度、硬度較低，塑性好時，應選較大前角；加工工件的強度、硬度高時，應取較小前角，甚至取零或負前角。

硬質合金刀具前角值的選用

3）具體加工條件：在粗加工、斷續加工、有硬質點的鑄件或鍛件粗或半精加工時，刀具將承受較大的切削力和切削溫度，加工余量也不均勻，宜取較小前角；精加工時，切削余量小，提高已加工表面質量是主要因素，故可加大前角，使刀刃銳利。

4）當機床-工件-刀具工藝系統剛度較差或機床功率不足時，應取較大前角，以減少切削力和切削功率，防止振動。

5）前角的合理數值還與前面形狀及刃區參數有關。例如，帶負倒棱的刀具允許較大的前角；大前角刀具常與負刃傾角相匹配來保證切削刃強度和抗沖擊能力。

（2）前面形狀及刃區剖面形式前面有平面形、曲面形、帶倒棱形等。正確選擇前面形狀及刃區參數，可防止刀具崩刃、提高刀具壽命。

常見的前面形狀及其應用

（續）

刀具刃區剖面形式是刀具刃口微觀狀態的重要體現，具體分為鋒刃、負倒棱刃、消振棱刃、鈍圓刃等形式。

1）鋒刃：鋒刃是指刃磨前面和后面直接形成的切削刃，比較銳利。但它并不是絕對銳利的，而在刃磨后自然形成一個切削刃鈍圓半徑r_n，其值取決于刀具材料、刃磨工藝和楔角的大小，并且在切削過程中隨著磨損而有增大的趨勢，刀具表面粗糙度越大，增加速度也越大。鋒刃刀具廣泛用于各類精切刀具、成形刀具和展成法加工刀具等。

鋒刃刀具刃口參數

2）負倒棱刃：負倒棱就是沿切削刃磨出很窄的負前角棱面（又稱第一前面）。采用負倒棱刃是增加刀刃強度的有效措施，可提高刃口表面質量。下圖是前角γ_o1小于或等0°的倒棱刃區形式。倒棱寬度小于進給量f時，切削鋼料，切削力F_c增加不超過8%。負倒棱對背向力F_p影響較大，當γ_o1=-30°～-20°時，F_p增大75%，且易引起振動。