硬质合金刀具角度

一、车刀的组成如图1所示，车刀由切削部分和夹持部分（刀杆）两大部分组成。刀头承担切削工作，由各种刀具材料制作；刀杆用于将车刀夹持在车床刀架上，常用普通碳钢（45）、球墨铸铁制成。车刀的切削部分由三个表面、两条刀刃和一个刀尖组成。1．前刀面直接与切屑接触的表面，用A表示。2．主后刀面与工件上过渡表面相对着的表面，用A表示。3．副后刀面与工件上已加工表面相对着的表面，用A表示。4．主切削刃前面与后面的交线。承担主要切削工作，用S表示。5．副切削刃前面与副后面的交线。其靠刀尖处起微量切削作用，具有修光性质。用S表示。6．刀尖主切削刃和副切削刃的交点。通常以圆弧或短直线形成出现，以提高刀具的使用寿命。不同类型的刀具，其刀面、切削刃的数量不完全相同，如切断刀就有两个副后面，两个副切削刃和两个刀尖。二、刀具的几何角度（一）刀具角度的参考系切削能否顺利进行，刀具的几何角度起着十分重要的作用。为在设计、绘图、刃磨、测量中正确表示这些角度，须确定一参考坐标平面作为基准。下面介绍刀具静止参考系中常用的正交平面参考系。如图2所示。图2正交平面参考系1．基面过主切削刃上的一点，垂直于切削速度方向的平面。用rP表示。图1车刀的组成2．切削平面过主切削刃上的一点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。用sP表示。3．正交平面垂直于主切削刃在基面上投影的平面，又称主剖面，用oP表示。切削平面、基面、正交平面（主剖面）在空间相互垂直，构成一个空间直角坐标系，是车刀几何角度的测量平面。（二）车刀的基本角度（图3）图3车刀的几何角度1．在正交平面（主剖面）中测量、标注的角度⑴前角前刀面（A）与基面（rP）的夹角，用o表示。当前刀面与基面的夹角小于90°时，o为正值；大于90°时，o为负值。⑵后角后刀面A与切削平面sP间的夹角，用o表示。当后刀面与切削平面的夹角小于90°时，o为正值；大于90°时，o为负值。前刀面、后刀面间的夹角β称为楔角。β＝90°－（o＋o）2．在基面内测量、标注的角度：⑴主偏角主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，用rk表示。它总为正值。⑵副偏角副切削刃在基面上的投影与进给运动相反方向的夹角，用rk表示。主切削刃和副切削刃在基面上的投影的夹角称为刀尖角。r＝180°－（rk＋rk）3．在切削平面内测量、标注的角度：刃倾角主切削刃与基面（rP）之间的夹角，用s表示。刃倾角也有正负之分，如图4所示，当刀尖在切削刃最高点时，刃倾角为正；刀尖在最低点时，刃倾角为负。当主切削刃与基面平行时，刃倾角为0°。图4车刀的刃倾角4．在副正交平面中测量、标注的角度：参照主切削刃的研究方法，在负切削刃上同样可定义一副正交平面（副剖面）oP。在副正交平面中测量、标注的角度有副后角o，它是副后面A与副切削平面sP间的夹角。当副后面与副切削平面的夹角小于90°时，后角为正值。由于车刀有主、副两个切削刃，每个切削刃都可建立一个坐标系，在每一坐标系的坐标平面上，又都可测量出三个基本角度：前角（副前角）、后角（副后角）和刃倾角（副刃倾角），加上主、副偏角，这样，车刀就共有八个基本角度。但因主、副切削刃处于一个前刀面上，当前角o和刃倾角s确定后，副前角o和副刃倾角s可以通过换算求得，故为派生角度。刀尖角r、楔角β也属派生角度。所以车刀的基本角度为六个，即前角o、后角o、刃倾角s、主偏角rk、副偏角rk和副后角o。这是在刀具图纸上必须标出的，其它角度则不必标注。三、前角的选择1．前角的功用前角主要影响切屑变形和切削力的大小及刀具耐用度和加工表面质量的高低。增大o，可减小切屑变形和摩擦，故切削力小、切削热少，加工表面质量高。但o过大，会降低刀刃强度，散热体积减小，刀具耐用度下降。减小o，刀具强度提高，切屑变形增大，易断屑。但o过小，会使切削力和切削热增加，刀具耐用度降低。2．前角的选择原则⑴根据工件材料选加工塑性材料时，特别是加工硬化严重的材料（如不锈钢等），为了减小切屑变形和刀具磨损，应选用较大的o；加工脆性材料时，由于产生的切屑为崩碎切屑，切屑变形也小，增大的意义不大，而这时刀—屑间的作用力集中在切削刃附近，为保证切削刃具具有足够的强度，应采用较小的o。工件的强度和硬度低时，由于切削力不大，为使切削刃锋利，可选用较大的甚至很大的o；工件材料的强度高时，应选用较小的o；加工特别硬的工件材料（如淬火钢）时，应选用很小的o；甚至选用负前角；这是因为工件的强度、硬度愈高，产生的切削力愈大，切削热愈多，为了使切削刃具有足够的强度和散热容量，防止崩刃和迅速磨损，因此应选用较小的o。⑵根据刀具材料选刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时应选较小的o；高速钢刀具比硬质合金刀具的合理前角约大5°~10°。陶瓷刀具的合理前角应选得比硬质合金刀具更小一些。⑶根据加工性质选粗加工时，特别是断续切削或加工有硬皮的铸、锻件，不仅切削力大，切削热多，而且承受冲击载荷，为保证切削刃有足够的强度和散热面积，应适当减小o；精加工时，对切削刃强度要求较低，为使切削刃锋利，减小切屑变形和获得较高的表面质量，应取得较大一些。数控机床和自动机、自动线用的刀具，为保证刀具工作的稳定性（不发生崩刃和破损），通常选用较小的o。在一般情况下，前角o主要根据被加工材料来选择。硬质合金车刀前角o的选择参考值见表1。表1硬质合金车刀合理前角参考值工件材料合理前角(°)工件材料合理前角(°)粗车精车粗车精车低碳钢、Q23518~2020~2540Cr（正火）13~1815~2045钢（正火）15~1818~2040Cr（调质）10~1513~1845钢（调质）10~1513~1840钢、40Cr钢锻件10~1545钢、40Cr、铸钢件或钢锻件断续切削10~155~10淬硬钢（40~50HRC）－15~－5灰铸铁断续切削5~100~5灰铸铁HT150、HT200、青铜ZQSn10－1、脆黄铜HPb59－110~155~10高强度钢（σb＜180MPa）－5铝L3及铝合金LY1230~3535~40高强度钢（σb≥180MPa）－10紫铜T1~T425~3030~35锻造高温合金5~10奥氏体不锈钢（185HBS以下）15~25铸造高温合金0~5四、后角的选择1．后角的功用后角的主要功用是减小主后刀面与过渡表面的弹性恢复层之间的摩擦，减轻刀具磨损。o小，使主后刀面与工件表面的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差；尤其是切削厚度较小时，上述情况更严重。o增大，摩擦减小，也减小了刃口钝圆半径，这对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强度和散热情况变差。2．后角的选择原则⑴根据切削厚度选切削厚度Dh愈大，则o应愈小；反之亦然。如进给量较大的外圆车刀o＝6°~8°；每齿进刀量很小的立铣刀o＝6°；而每齿进刀量不超过0.01㎜的圆盘铣刀o＝30°。这是因为切削厚度较大时，切削力较大，切削温度也较高，为了保证刃口强度和改善散热条件，所以应取较小的o。切削厚度愈小，切削层上被切削刃的钝圆半径挤压而留在已加工表面上的、并与主后刀面挤压摩擦的这一薄层金属占切削厚度的比例就越大。若增大o，就可减小刃口钝圆半径，使刃口锋利，便于切下薄切屑，可提高刀具耐用度和加工表面质量。综上，粗加工、强力切削（大进给量）切削以及承受冲击载荷的刀具，增大刃口强度是主要的。这时应选取较小的o；精加工时则应选取较大的o。⑵适当考虑被加工材料的力学性能工件材料硬度、强度较高时，为保证切削刃强度，宜选取较小的o；工件材料的硬度较低、塑性较大，以及易产生加工硬化时，主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此时应取较大的o；加工脆性材料时，切削力集中在刀刃附近，为强化切削刃，宜选取较小的o。⑶考虑工艺系统的刚性工艺系统刚性差，易产生振动，为增强刀具对振动的阻尼，应选取较小的o。⑷考虑加工精度对于尺寸精度要求高的精加工刀具（如铰刀等）为减小重马氏体不锈钢（250HBS以下）15~25钛及钛合金5~10马氏体不锈钢（250HBS以上）－5铸造碳化钨－10~－15磨后刀具尺寸变化，保证有较高的耐用度，o应取得较小。硬质合金车刀后角参考值见表2。表2硬质合金车刀合理后角参考值工件材料合理后角(°)粗车精车低碳钢8~1010~12中碳钢5~76~8合金钢5~76~8淬火钢8~10不锈钢6~88~10灰铸铁4~66~8铜及铜合金（脆）4~66~8铝及铝合金8~1010~12钛合金σb≤1.17GP10~15副后角可减少副后面与已加工表面的摩擦。一般车刀、刨刀等的o与o相等；而切断刀、切槽刀及锯片铣刀等的因受刀头强度限制，只能取得较小，通常o=1°~2°。五、主偏角及副偏角的选择1．主偏角的功用及选择原则主偏角rk的功用是影响刀尖部分的强度、散热条件、径向力和轴向力的比例等；在加工台阶或倒角时还决定着工件表面的形状。减小rk会使刀尖强度增加，散热条件得到改善，切削厚度减小，切削宽度增加，单位长度刀刃上的负荷减轻，这些都有利于提高刀具耐用度；而加大rk，则有利于减小径向力rk，防止工件变形和减小加工中的振动。主要根据工艺系统的刚度来选。当工艺系统的刚性低（如车细长轴、薄壁套筒）时，须取较大的rk，甚至取rk≥90°，以减小pF；工艺系统的刚性足够时，应采用较小的rk，以提高刀具耐用度。例如，车削细长轴时，常取rk=90°；车削高强度、高硬度的冷硬轧辊时，常取rk≤15°。2．副偏角的功用及选择原则副偏角rk的作用主要是减少刀具副切削刃、副刀面与已加工表面的摩擦。减小rk会使刀尖角加大，提高刀尖部分的强度，并且有利于降低残留面积的高度，降低已加工表面的表面粗糙度。但是，小的rk会使刀具与工件之间的摩擦和径向力增加。增大rk时，其结果正好相反。rk主要根据工件已加工表面粗糙度的要求选。粗加工时，rk可取大些；精加工时，rk可取小些。为降低工件的表面粗糙度值，必要时可磨出rk=0°的修光刃，修光刃的长度应略大于进给量。加工高强度、高硬度的材料或断续切削时，应取较小的rk（4°~6°），以提高刀尖的强度。工件刚性较差时，为减小径向力pF，避免产生振动，rk可稍大些。硬质合金车刀主偏角和副偏角的参考值见表3。表3硬质合金车刀主偏角和副偏角的参考值四、刃倾角的选择1．刃倾角的作用刃倾角主要影响切屑流向（图5）和刀尖强度（图6）。s为正时，刀尖部分强度较差，切削时刀尖先与工件接触，容易打刀；正的刃倾角使切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面；s为负时，切削时刀刃先接触工件，不容易打刀，对刀尖起保护作用；负的刃倾角使切屑流向已加工表面，容易将已加工表面划伤。s还将导致实际工作前角增大，切削力减小，切削轻快平稳。加工情况参考角度值(°)主偏角副偏角粗车工艺系统刚性好45，60，755~10工艺系统刚性差60，75，9010~15车细长轴、薄壁零件90，936~10精车工艺系统刚性好450~5工艺系统刚性差60，750~5车削冷硬铸铁、淬火钢10~304~10从工件中间切入45~6030~45切断刀、切槽刀60~901~2图5刃倾角对切屑流向的影响图6刃倾角对刀尖强度的影响2．刃倾角的选择原则s主要根据刀尖强度、切屑流向和工艺系统的刚性来选。一般遵循以下原则：⑴粗加工时取负值、精加工时取正值s＜0°时，刀具具有较高的强度和散热条件，切入工件时刀尖免受冲击；s＞0°时，使切屑流向待加工表面，以提高表面质量。⑵断续切削、加工不规则表面取负值因断续切削、不规则表面加工时，冲击力大，负的刃倾角可提高刀尖强度。⑶工件材料硬度高时取负值切削硬度很高的材料（如淬火钢），应取绝对值较大的负刃倾角，以使刀具有足够的强度。⑷工艺系统刚性差的取正值因为s＞0°时，可减小径向力pF，从而避免切削中的振动。硬质合金车刀刃倾角的参考值见表4。表4硬质合金车刀刃倾角的参考值λs值(°)0~55~100~5－5~－10－10~－1