刀具角度的变化与工件材料的关系.docx

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刀具角度的变化与工件材料的关系

一刀具角度的变化与工件材料的关系

1、加工灰铸铁材料时刀具角度的选择

加工灰铸铁材料时，有利于切削加工的条件是：

硬度低（一般为HB=170～241范围内）、抗拉强度低、塑性小，因此切屑变形和切削抗力小。

不利于切削加工的条件是：

铸件表面有带型砂的硬皮和氧化层，局部的白口铁，铸造过程中砂眼气孔缩松等缺陷，这些对刀具的耐用度是很有害的。

根据铸件表面的缺陷，必须增加刀具切削部分的强度，前角应选得小些（前角选择范围10°～0°之间）。

又因为灰铸铁切削时呈碎状切屑，切削抗力全集中在切削刃上，刀尖区域内散热性差，为了增加散热面积，应选择较小的主偏角（选择范围75°～45°之间）。

在不影响刀具强度条件下，应适当加大后角（选择范围6°～12°之间），以减少后面的磨损。

2、加工不锈钢（1Cr18Ni9Ti）材料时刀具角度的选择

由于不锈钢材料又粘又硬，切削时不利因素较多，困难较大。

根据不锈钢又粘又硬的特点：

首先选择合理的刀具材料：

YG8、YW1、YW2。

由于不锈钢材料的塑性大，因此切屑变形大，切削力也大，为了便于加工，应选择较大的前角（选择范围15°～30°之间）。

为了增加刀具强度，加前角负倒棱。

为了减少切削刀具后面与工件间的摩擦，又不影响刀具强度，后角应选在8°～10°范围内。

不锈钢冷硬性强，塑性变形大，故应选择较大的主偏角（选择范围90°～75°之间），可根据加工余量选择，加工余量大时，主偏角小些，加工余量小时，主偏角大些。

不锈钢材料粘结磨损比较严重，应增加刀头部分的表面光洁度。

选用合适的润滑冷却液，防止刀瘤的产生，减少刀具磨损，延长使用寿命。

先进刀具举例——不锈钢（1Cr18Ni9Ti）外圆粗车刀

〔刀具特点〕

（1）由卷屑槽形成的前角r=20°～25°，因前角较大，功率消耗较少。

（2）刀刃带有2°～3°、宽为0.2～0.3的棱边，增强了刀刃，适于大余量加工。

（3）刀刃低于刀面0.15～0.25。

使切屑向前卷曲时碰在主后面上，自动断屑。

（4）由于卷屑槽较大，故不太耐冲击，所以仅适于加工余量较均匀的不锈钢。

（5）加工表面光洁度可达▽4。

〔使用条件〕

（1）适用于C620或C630车床。

（2）切削用量：

切削速度v=50～100米/分，

切削深度t=2～10毫米，

走刀量s=0.2～0.3毫米。

（3）加工直径Φ50～Φ120毫米。

〔注意事项〕

（1）卷屑槽宽度3～5毫米，随切削深度的大小选定，随t增大而增大。

（2）λ=0°～8°加工零件余量不匀时，λ宜采用大值，余量均匀时选用小值。

（3）只有刀刃比刀前面低时，方能断屑。

（4）由于不锈钢切削力较大，故刀具不能离刀架太长，否则会发颤。

（5）为增加刀具寿命，减少粘刀现象，最好刃磨后进行研磨。

3、加工铸造黄铜材料时刀具角度的选择

黄铜材料加工特点是：

强度硬度低，塑性小，切削抗力很小，看来这是有利于加工的条件，但是如果思想上疏忽，也会引出坏的结果。

由于黄铜材料强度低、硬度低、塑性小，材料表面硬而光滑加上内部组织粗松，在切削过程中，当选用较大的前角，切削刃锋利时，容易产生“扎刀”现象。

因此，刀具前角应选得小些（选择范围10°～3°之间）。

黄铜材料的导热性较好，热量大部分由切屑和工件传递出去，所以刀具主偏角可选择大些（选择范围60°～90°之间）。

4、加工铝合金材料时刀具角度的选择

加工铝合金材料时，有利的条件比较多：

①它的强度硬度低，因此切削力很少，又因其塑性小，延伸率低。

因此可以选择较大的前角（选择范围20°～30°）。

②导热性能好，可降低切削温度。

主偏角可选择较大些（选择范围60°～90°）。

虽然加工铝合金材料有利条件较多，但决不能忽略它的不利条件。

下面就来分析铝合金加工的不利条件及刀具角度的变化：

（1）在切削刃处有局部高压高温区域又加上铝合金熔点低（659℃），因此容易产生刀瘤，使光洁度降低。

为了防止刀瘤产生应加大刀具的前角。

刀具前面、后面的表面光洁度亦应高些（一般在▽8以上）。

在加工时，加合适的润滑冷却液（如肥皂水和柴油）。

（2）铝合金中含有硅（Si），而硅的化合物是硬度很高的质点，会加剧刀具的磨损，为了减少磨损，应选择较大的后角（选择范围8°～12°之间）。

5、加工淬火钢材料时刀具角度的选择

加工淬火钢最突出的特点是：

硬度高，脆性较大。

根据淬火钢材料的加工特点，如何选择合理刀具角度进行加工呢？

由于淬火钢硬度很高，切削抗力很大，切削热也大，刀具磨损和崩坏现象比较多。

为了改变这种不利状况，应增加刀具的强度。

采取下列方法：

（1）应选择适合于加工淬火钢的刀具材料：

YT30、YW1、YW2。

（2）应选用负前角（选择范围-5°～-12°）或正值刃倾角（5°～10°）。

为了增加刀具散热面积，应减小刀具主偏角（选择范围60°～20°）。

先进刀具举例——淬火钢车刀

〔刀具特点〕

（1）刀片材料为YT30硬质合金。

（2）主、副切削刃均采用负前角，主、副前面相交处为一个凸峰，形成较大的刃倾角，刀尖强度比一般刀具大得多。

（3）刀尖圆弧半径（R=1～2毫米）比一般刀具大，刀尖散热性好，耐磨，提高了刀具寿命。

〔使用条件〕

（1）粗车外圆：

v≈30米/分，

s=0.1～0.2毫米/转，

t=0.7～1毫米。

（2）粗车内孔：

v≈25米/分，

s=0.1～0.2毫米/转，

t=0.5～0.8毫米。

（3）精车外圆：

v≈27米/分，

s=0.08～0.1毫米/转，

t=0.03～0.5毫米。

（4）精车内孔：

v≈22米/分，

s=0.08～0.1毫米/转，

t=0.03～0.5毫米。

〔应用范围〕

适用于在普通车床上加工硬度HRC62的淬火钢工件。

〔使用效果〕

外圆加工表面光洁度可达▽7～▽8，内孔加工表面光洁度可达▽6～▽7。

〔注意事项〕

（1）要求工件淬火后各处硬度均匀，否则工件表面凹凸不平。

（2）加工时可能产生尖叫声，尤其在加工内孔时可能出现这种情况。

建议用钢板尺压住刀杆，以减小或消失噪音。

二刀具角度的变化与加工情况的关系

通过以上分析，可以看出根据工件材料，合理选择刀具角度是很重要的。

但是，在加工过程中，加工情况是千变万化的，如：

粗加工、精加工、加工细长零件、孔的精加工（包括薄壁孔和深孔）等等，这些也都会影响刀具角度的变化。

下面分别就几种加工情况，来研究刀具角度变化的规律。

1、工件粗加工时刀具角度的选择

工件粗加工时，毛坯加工余量大，表面粗糙，有氧化层，当工件几何图形不规则时，断续切削，冲击性很大，因此，切削力大，切屑变形也大，使刀尖区域内温度很高而且变化大，使刀具加剧磨损，寿命降低。

为了适应粗加工特点：

（1）选择适合于粗加工的刀具材料：

YG8、YT5、。

（2）增加刀具切削部分的强度，可采用以下两种方法之一。

1加大前角加负倒棱，取正值刃倾角（选择范围：

前角15°～25°之间，加负倒棱，刃倾角是3°～8°之间）。

2减小前角和后角（选择范围：

前角10°～0°之间，后角8°～6°）。

粗加工先进刀具举例——大型75°综合车刀

〔刀具特点〕

（1）刀片材料为YT5硬质合金，刀杆为45号钢。

（2）采用75°主偏角，轴类加工时可减小径向力，避免振动；并且加宽主切削刃，从而减小切削刃单位长度上的负荷，刀尖角大，散热快，可提高刀具的使用寿命。

（3）前角为15°～18°，可减小负荷。

（4）采用正刃倾角，弥补了法向前角大而引起刀刃强度差的缺陷。

根据经验，前角增加2°后，将刃倾角同时增加3°，刀刃强度不会降低。

刃倾角的大小视工件表面情况而定，一般为5°～10°。

（5）采用直线型过渡刀刃（一般在4毫米以下），并在过渡刀刃与主切削刃、修光刀刃连接外研磨成小圆角、延长刀具寿命。

45°过渡刀刃与圆弧刀刃比较，平均主偏角大，切削变形均匀，径向力与动力消耗都较少，刀具寿命提高。

（6）修光刀刃f=s+（0.3～0.5）毫米，保证了工件光洁度，使振动减少至最低限度。

（7）断屑槽较浅，刀片磨损小，强度高；断屑槽采用65°斜角，使断屑规则而有方向；弧面为R30～40，向刀架与尾座45°夹角的方向排屑。

（8）刃口倒棱随走刀量增加而适当增加，一般以不大于0.5s为宜。

（9）后角较小，刀头强度较高。

〔使用条件〕

加工大型中碳钢铸件及锻件时：

（1）机床功率N=40千瓦以上：

v=70米/分，s=1.25～1.5毫米/转，t=33毫米。

（2）机床功率N=25千瓦：

v=50米/分，s=3.15毫米/转，t=11毫米。

〔应用范围〕

适合于强力切削或大走刀切削加工大型中碳钢铸件及锻件。

〔使用效果〕

提高切削效率5倍以上。

〔注意事项〕

（1）装刀要牢靠，刀具不宜伸出过长，一般伸出长度为刀杆高度的1.5倍，但也不宜过短，否则会影响排屑。

（2）对刀时刀尖应高于工件中心，高出量以等于被加工直径的1/100为宜，但不得超过4毫米。

（3）机床动力要大。

如发现机床负荷小，则在退刀时，应先停止走刀，然后再退刀，以保护刀尖。

发现闷车现象，应先关闭马达电门，防止车头倒回；抽刀时，应先旋转后面的压板螺钉，然后再旋转前面的螺丝，将刀具轻轻抽出。

（4）工件顶尖孔尽量大些，而且须与顶尖接触良好。

2、工件精加工时刀具角度的选择

工件精加工的特点：

要求得到较高的精度和光洁度，加工余量小。

不同质的矛盾，只有用不同质的方法才能解决。

针对精加工的不同特点，刀具材料和刀具角度应作如下选择：

（1）选择适合于精加工的刀具材料：

YG3、YA6、YT15、YT30。

（2）由于精加工余量小，因而切屑变形和切削抗力小，所以刀具磨损很小，又因选取较小的走刀量，所以：

1可选择较大的前角和后角。

2增大刀尖圆弧半径或增加修光刀刃。

精加工先进刀具举例——高速精车工

〔刀具特点〕

（1）在一般90°外圆车刀上，开出倾斜45°、宽4～5毫米的斜槽，切削轻快而且刃磨简单。

（2）斜槽与基面夹角为12°左右；后角6°～8°；副后角为双重角度分别为5°、8°；副偏角8°。

（3）刀片选用YT30。

〔使用条件〕

（1）机床：

C620、C618、C616、C615等车床。

（2）切削用量：

v=110～120米/分，

s=0.08～0.10毫米/转，

t=0.05～0.10毫米。

〔使用效果〕

光洁度可达▽6。

〔注意事项〕

刀尖高于中心1毫米或根据工件直径增减。

3、加工细长零件时刀具角度的选择

在加工细长零件（一般讲，直径d/长度l≤1/20时，称为细长轴）时，由于工件细长，刚性差，要求切削径向力越小越好，这是个主要矛盾，捉住了这个主要矛盾，一切问题就迎刃而解了。

刀具的前角和主偏角是影响切削径向力的主要因素，为了减少切削时的径向力，应在不影响刀具强度的情况下，尽量加大刀具的主偏角和前角。

（选择范围：

主偏角75°～90°前角10°～30°）

先进刀具举例——高速车细长杆银白屑车刀

〔刀具特点〕

（1）采用90°主偏角，径向抗力小。

（2）前面磨有4～5毫米的卷屑槽，排屑卷屑好，切屑阻力和摩擦阻力均较小，散热性能好，主切屑呈银白色。

（3）主切削刃上磨有0.1～0.15毫米的倒棱，强度较高。

在λ=-3°时的倒棱面会产生线状蓝色副切屑（即刀瘤屑），位于主切屑中间，消除了刀瘤对已加工表面的粘附。

（4）主切削刃刃倾角采用λ=-3°，排屑方便，切屑不会损伤已加工表面。

（5）刀片材料为YT15硬质合金，刀杆为45号钢。

〔使用条件〕

（1）粗车时s=0.3～0.6毫米/转，t=1.5～2毫米。

（2）精车时n=600转/分（约100～120米/分），s=0.08～0.12毫米/转，t=0.5～1毫米。

（3）采用肥皂水作冷却液。

〔应用范围〕

适用于加工光杠、丝杠等细长杆外圆表面。

〔使用效果〕

加工光洁度可达▽5～▽6，生产效率比一般外圆偏刀提高2倍以上。

〔注意事项〕

根据不同工件材料、尺寸和形状，可改变刀具几何形状，改变是否合适的标志是：

切屑中间是否出现副切屑；主切屑是否银白色。