第一.
合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数
是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。
可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。
刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。
1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。
2、后角的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。后角的大小还影响作用在后刀面上的力，后刀面与工件的接触长度以及后刀面的西华大学硕士学位论文
磨损强度，因而对刀具使用寿命和加工表面质量有很大的影响。适当增加后角可减小工件己加工表面弹性恢复层与刀具后刀面的接触长度，因而减小了后刀面的摩擦与磨损。但后角太大时，刀具楔角显著减小，将削弱切削刃的强度。而且因刀具楔角减小会使刀具散热体积减少使散热条件恶化，从而使刀具使用寿命降低。
3、刃倾角的主要功用是影响切屑的流出方向，刃倾角的大小和正负确定了流屑角的大小和正负，合理选择刃倾角和前刀面型式，可以控制切屑的排出方向。同样刃倾角还影响切削刃的锋利性、影响刀尖强度和刀尖导热和容热条件、影响切入切出的平稳性、影响切削刃的工作长度、影响切削分力之间的比值。刃倾角并不是越大越好，而是在一定的条件下有一定的合理数值，是有一定的选择原则的。
4、不论是主偏角还是副偏角，他们的共同功用是使刀具的各条切削刃有合理的分工、联结与配合，保证合理的刃形和切削层形状，同时保证刀尖部位具有一定的强度、导热面积、和容热体积。选择合理的主偏角、副偏角和其他切削角度，可以提高加工表面质量，提高刀具使用寿命和生产率。主偏角、副偏角的功用:影响切削加工残留面积高度，从这个因素看来，减小主偏角和副偏角，可以减少加工表面粗糙度，特别是副偏角对加工表面粗糙度的影响更大。主偏角还影响断屑效果和排屑方向。此外他还影响三个切削力的大小和比例关系，所以在选择主偏角和副偏角的时候还是考虑选用规则的。
在此基础上，根据之前几个模块输入的条件，比如，加工工艺(精加工、粗加工)、复杂刀具类型、刀具材料(切削部分)、工件材料、来优化刀具的整
体几何角度(前角、后角、刃倾角、主偏角、副偏角)，若是可转位刀具，还
要计算出刀片槽的加工几何参数。
第二.
BTA 深孔钻是排屑深孔钻的一种典型结构，它是在单刃排屑深孔钻的基础上改进而成，其切削刃呈双面错齿状，切屑从双面切下，并经双面排屑孔进入钻杆排出孔外。BTA 深孔钻切削力分布均匀，分屑、断屑性能好，钻削平稳可靠，钻削出的深孔直线性好。
BTA 深孔钻具有以下结构特点：
1.刀体上分布有外刃刀片、中刃刀片、刃刀片、导向块和双面排屑孔，
并通过刀体上的浅牙多头矩形螺纹与空心钻杆联接。
2. 钻芯部分由刀刃代替了麻花钻的横刃，从而克服了麻花钻横刃较
长、轴向阻力较大的缺点；由于钻芯相对于钻孔轴心线偏移了一段
距离，加工时钻芯处刀刃低于中心处刀刃，因此会形成一个导向芯
柱(见图1)，使钻头具有较好的导向性，钻孔时不易偏斜，该导向
芯柱增长到一定长度后会自行折断并随切屑一起排出。
3. 主刀刃采用非对称的分段、交错排列形式，可保证分屑可靠，并避
免用整体硬质合金刀片磨削卷屑槽、分屑槽时易产生裂纹的情况。
4. 刀片材料可采用几种不同牌号的硬质合金，以适应各部分结构对耐
磨性和强度的不同要求，如钻芯部分切削速度低、切削力大，在切
屑挤压作用下易发生崩刃，可选用韧性较好的硬质合金刀片；钻头
外缘部分则可选用耐磨性较好的硬质合金刀片。
切屑的卷曲形
式
与断屑方法 艾小凯 常兴 王琪
摘 要：以塑性理论为基础，分析了切屑卷曲形式，提出了设计卷屑台的具体方案。
关键词：切削 切屑 塑性变形 断屑
Chip Curling Forms and Chip Breaking Method
Ai Xiaokai et al
Abstract ：On the basis of plastic theore chip curling forms are analysed ，and a concrete scheme of designing chip groove is put forward ．
Keywords ：cutting chip plastic deformation chip breaking
在金属切削加工中，不利的屑形将严重影响操作安全、加工质量、刀具寿命、机床精度和生产率。因此有必要对切屑的卷曲形式和断屑方法进行深入研究，以便对切屑形态进行有效控制。
1．切屑卷曲形式
在塑性金属切削加工过程中，由于切屑向上卷曲和横向卷曲的程度不同，所产生的切屑形态也各不相同。为了便于分析切屑卷曲的形式，可将切屑分为向上卷曲型、复合卷曲型和横向卷曲型三大类。在脆性金属切削加工中，
容易产生粒 图1 BTA 深孔钻钻孔时形成的导向芯柱
状切屑和针状切屑，只有在高速切削、刀具前角较大、切削厚度较小时，此类切屑的卷曲方向才与一般情况下略有差异。
在切削塑性金属时，如刀具刃倾角为0°，有卷屑槽且切削宽度较大，切屑大多向上卷曲。在其它情况下，切屑大都为横向卷曲。例如，在外圆车削加工中，当进给量与背吃刀量之比较大，且刀具的前角为0°时，切屑容易横向卷曲成垫圈状（见图1）。这是因为切屑两端部分在横向上变宽，而切屑的体积不变，横向变宽部分的厚度必然变薄，若长度不缩短，就必然产生横向卷曲；另外，若在车刀上磨有过渡刃，加上刀尖和副切削刃的作用，使得在切屑宽度方向上剪切角发生变化，也可使切屑产生横向弯曲而呈垫圈状。
图1垫圈状切屑
在通常情况下，切屑不可能仅仅向上卷曲或横向卷曲，而是在向上卷曲的同时也产生横向卷曲。长紧卷屑和螺状卷屑的形成就是切屑同时向上和横向卷曲的结果（如图2）。
图2精车时的长螺状卷屑
2 断屑方法
在塑性金属切削中，直带状切屑和缠绕形切屑是不受欢迎的；而在脆性金属切削中，又希望得到连续型切屑。通常，改变切削用量或刀具几何参数都能控制屑形。在切削用量已定的条件下加工塑性金属时，大都采用设置断屑台和卷屑槽来控制屑形。本文主要讨论卷屑槽基本参数的计算。
图3是直线型、直线圆弧型和圆弧型三种卷屑槽的基本形式。其主要参数如下：
（1）接触长度L
图3中，切屑在前刀面上的接触长度可由下式［4］获得
L＝K m a ch sin（φ＋β－γo）／sinφcosβ（1）
式中K m——切屑与前刀面接触长度修正系数，一般取1．6左右
a ch——切屑厚度
（2）卷屑槽半径R2
由断裂理论可知，塑性金属的断屑条件是
εf≥εfc（2）
式中εf——切屑卷曲应变
εfc——临界断裂应变
图3卷屑槽的基本形式及参数
对于向上卷曲型切屑，其折断条件如图4所示。假设在切屑外表面拉长ΔL 后达到断裂极限，由几何关系得
ΔL＝（R1＋y）dθ－R1dθ（3）
式中ΔL——切屑断裂时断裂表面的伸长量
R1——切屑断裂时的卷曲半径
y——切屑中性层至断裂表面的法向距离
因为弯曲应变为
ε＝Δl／l
式中l——中性层上的切屑长度
所以断裂应变为
εfc＝［（R1＋y）dθ－R1dθ］／R1dθ＝y／R1（4）
由塑性力学知
σb＝Eεfc（5）
由式（4）和式（5）可得向上卷曲型切屑折断时的卷曲半径为
R1＝Ey／σb（6）
图4向上卷曲型切屑的折断条件
由于短耳状切屑与弧形切屑类似，故其理论模型可参照弧形切屑（略）。对于长耳状切屑，因其与刀具后刀面碰撞而折断，故其理论模型如图5所示。其应变可由下式求出
εfc＝0．5a ch（1／R2＋1／R L）（7）
式中a ch——切屑厚度
R2——卷屑槽半径
R L——长耳状切屑断裂时的卷曲半径
图5长耳状切屑的卷曲折断条件
由式（5）和式（7）可得卷屑槽半径为
R2＝1／（2σb／Ea ch＋1／R L）（8）以切削45钢（调质）为例，其弹性模量E＝206GPa，强度极限σb＝650GPa，
测得切屑厚度为0．2mm。
由式（6）得R1＝31．7mm，由式（8）得R2＜31．7mm。
为了保证断屑，根据不同材料，可选取断屑系数为8～12，此时卷屑槽最大卷曲半径为2.64～3.96mm，而由试验统计得到的卷屑槽卷曲半径为3mm左右。通过分析发现，金属经过塑性变形以后，硬度和强度大大提高，而塑性和韧性却显著下降，这是造成理论值远远高于试验值的主要原因。因此，在设计卷屑槽时，断屑系数可选取理论值与试验值之比。卷屑槽半径最后计算公式为
R＝R1／n（9）
式中R——卷屑槽卷曲半径
n——断屑系数，一般取8～12
（3）在中等切深情况下，一般可选取θ＝110°～120°（参见图3）。θ角太小会使切屑堵塞在槽中，造成打刀；θ角太大，则会使切屑卷曲半径太大，切屑因变形小而不折断。
（4）卷屑槽与主切削刃的倾斜方式分为外斜式、平行式和斜式。外斜式卷屑槽容易造成切屑翻转到车刀后刀面而得到C形屑（短耳状或长耳状切屑）；平行式卷屑槽的切屑大多是碰到工件加工表面折断；斜式卷屑槽的切屑容易形成连续的长紧卷屑。切削中碳钢时，斜式和外斜式卷屑槽的斜角常取8°～10°［6］。
作者单位：艾小凯常兴华北工学院（030051）
王琪电视大学（066001）
参考文献
[1]日曜．金属切削原理．机械工业，1993
[2]常兴．金属切削过程中物理现象问题的探讨．机械学院学报，1984（2）
[3]鸿德．塑性变形力学基础与轧制原理．机械工业，1981
[4]［日］一雄著，云芳译．金属切削加工理论．机械工业，1985
[5]［美］G布思罗伊德著，工学院机制教研室译．金属切削加工的理论基础．科学技术，1980
[6]华南工学院，工业大学主编．金属切削原理及刀具设计（上册）．科学技术，1979
[7]常兴．关于脆性金属切屑形状和变形的试验研究．中国兵工学会论文选编，1984
编辑：石明
收稿日期：1998年10月
刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本容：
1.刃形
刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃，同时也明确了一定的切削加工条件必定对应有某种适宜的刃形。这是刀具几何构形趋于合理的一种标志。刀尖形状的变革，也是刃形变革的容之一。
刃形直接影响切削层的形状，影响切削图形的合理性；刃形的变化，将带来切削刃各点工作角度的变化。因此，选择合理的刃形，对于提高刀具使用寿命、改善已加工表面质量、提高刀具的抗振性和改变切屑形态等，都有直接的意义。以切断刀为例(图10—1)，说明改革的刃形具有多样性。图中a为左偏刃，b为右偏刃，可避免切断后工件芯部残留一段细杆，亦可防止切断终了时刀头折断；c为双过渡刃，增强了两个刀尖；d为双偏角刃，e、f、g、h、i、j为折线刃或圆弧刃，均可增加切削刃的有效长度，改善刀尖处散热条件，获得有利于排屑的切削层形状；k、l为月牙弧刃，有抗振作用；m、n为前刀面上磨出—条或几条纵向槽(搓板槽)形成的波形刃，抗振性好；o为单面阶梯打；p为双阶梯刃。这些刃形总的特点是强化了刀尖，减少单位切削刃长度上的切削负荷，排屑顺利，还有一定的抗振作用，因而在各自适宜的切削条件下均可发挥较好的作用。
图10—3所示为普通的平直切削刃切断刀与双阶梯刃切断刀(图10—2)的切削力实验曲线。这是刃形对比实验研究的一个适例。
进行实验的双阶梯刃切断刀(图10—2)和普通平直刃切断刀的刀片材料均为YT5，除刃形不同外，其他几何参数都一样。图10—3为三种不同的进给量下，两把切断刀的切入深度h对主切削力Fc的影响曲线。由图可见，随着切入深度h的增加，普通平直刃的切削力迅速上升，约为阶梯刃切削力的两倍。这是因为阶梯刃的主切削刃分为三段，切屑也相应地分成三条，切屑同切出槽形两壁之间的摩擦大大减小，即使切入较深时，也不致使切屑阻塞在刀头与切出槽形两壁之间。同时，切削液也容易注入切削区域，因此切削力和切削温度均显著减小。当切入深度增加时，阶梯刃切断刀仅仅由于切削速度降低而使切削力略有增加。实验得知，阶梯刃的切削温度同平直刃相比，约降低20％—25％，而刀具使用寿命延长了50％一100％。由此可以看出变革刃形的重要意义。
2.切削刃刃区的剖面型式及参数
切削刃的剖面型式，我们通常将它简称为刃区型式，对切削加工效率、质量和成本有重要的意义。针对不同的加工条件和技术要求，选择合理的刃区型式(如锋刃、前刀面负倒棱刃、后刀面消振棱刃、倒圆刃、零度后角的刃带)及其合理的参数值，是选择刀具合理几何参数的基本容。图10—4所示为五种刃区型式，其合理参数值的选择见附录10。
3.刀面型式及参数
IS0标准确立了多棱面前、后刀面的定义，标志着切削刀具刀面型式的发展和多样性。前刀面上的卷屑槽、断屑槽，后刀面的双重刃磨、铲背以及波形刀面等，都是常见的刀面型式。选择合理的刀面型式及其参数值，对切屑的变形、卷曲和折断，对切削力、切削热、刀具磨损及使用寿命，有着直接的影响，其中前刀面的影响和作用更大。关于刀面作用机理及其参数选择，可参阅本书第三章和后续课程《金属切削刀具》第一章。
4.刀具角度
刀具角度包括主切削刃的前角γ。、后角α。、主偏角kr、刃倾角λs和副切削刃的副后角α。’、副偏角kr’等。
三、选择刀具合理几何参数的一般性原则
1.要考虑工件的实际情况
白钢刀 刀具类型 最大加工 深度（mm） 普通长度（mm） 刃长/刀长 普通加长（mm） 刃长/加长 主轴转速 （r/m） 进给速度 （mm/min） 吃刀量 （mm） D32 120 60/125 106/186 300～400 500～1000 0.1～1 D25 120 60/125 90/166 300～400 500～1000 0.1～1 D20 120 50/110 75/141 500～700 500～1000 0.1～1 D16 120 40/95 65/123 500～800 500～1000 0.1～0.8 D12 80 30/80 53/110 500～1000 500～1000 0.1～0.8 D10 80 23/75 45/95 800～1000 500～1000 0.2～0.5 D8 50 20/65 28/82 800～1200 500～1000 0.2～0.5 D6 50 15/60 不存在800～1200 500～1000 0.2～0.4 R8 80 32/92 35/140 800～1000 500～1000 0.2～0.4 R6 80 26/83 26/120 800～1000 500～1000 0.2～0.4 R5 60 20/72 20/110 800～1000 500～1000 0.2～0.4 R3 30 13/57 15/90 1000～1500 500～1000 0.2～0.4 飞刀 刀具类型最大加工深 度（mm） 普通长度 （mm） 普通加长 （mm） 主轴转速 （r/m） 进给速度 （mm/min） 吃刀量 （mm） D63R6 300 150 320 700～1000 2500～4000 0.2～1 D50R5 280 135 300 800～1500 2500～3500 0.1～1 D35R5 150 110 180 1000～1800 2200～3000 0.1～1 D30R5 150 100 165 1500～2200 2000～3000 0.1～0.8 D25R5 130 90 150 1500～2500 2000～3000 0.1～0.8 D20R0.4 110 85 135 1500～2500 2000～2800 0.2～0.5 D17R0.8 105 75 120 1800～2500 1800～2500 0.2～0.5 D13R0.8 90 60 115 1800～2500 1800～2500 0.2～0.4 D12R0.4 90 60 110 1800～2500 1500～2200 0.2～0.4 D16R8 100 80 120 2000～2500 2000～3000 0.1～0.4 D12R6 85 60 105 2000～2800 1800～2500 0.1～0.4 D10R5 78 55 95 2500～3200 1500～2500 0.1～0.4 U G 学习群：1 8 3 9 6 0 8 9 6 欢迎大家的加入！
2.4 刀具磨损和刀具耐用度 2.4.1 刀具的磨损形式及原因 （1）刀具的正常磨损形式 1）前面磨损 前面上形成月牙洼磨损（速度高，厚度大，形成月牙洼） 2）后面磨损 后面的磨损形式是磨成后角等于零的磨损棱带。后面磨损棱带的中间部位 表示。（B区），磨损比较均匀，其平均宽度以VB表示，而且最大宽度以VB max 3）前后面同时磨损或边界磨损（速度底，切削厚度较小的塑性金属及加工脆性金属时） 非正常磨损：刀具在切削的过程中突然或者过早的损现象叫~ 。又叫破损。常常分为两类：1.脆性破损（硬质合金和陶瓷刀具时）2.塑性破损（高速刚）（2）刀具磨损的原因 1）硬质点磨损（磨粒磨损）（碳化物，氧化物等） 工件材料中的杂质在刀具表面上擦伤，划出一条条的沟纹造成的机械磨损。 2）粘结磨损 在一定的压力和温度作用下，在切屑与前面、已加工表面与后面的磨擦面上，产生塑性变形，形成粘结点，这些粘结点又因相对运动而破裂，粘结点的破裂也常常发生在刀具一方面被工件材料带走，从而形成刀具的粘结磨损。 3）扩散磨损 切削过程中，刀具表面与工件由于高温与高压的作用，两磨擦表面上的化学元素有可能互相扩散到对方去，使两者的化学成分发生变化，从而削弱了刀具材料的性能，加速了刀具的磨损。扩散速度随切削温度的升高而增加。 4）化学磨损（氧化磨损，相变磨损） 化学磨损是在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，加速了刀具的磨损。由于切屑不易进入刀具与切屑的接触区，故氧化磨损容易在主、副切削刃的工作面处形成。
3.2 刀具合理几何参数的选择 3.2.1 概述 刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形式、切削刃形状等。 刀具合理的几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。刀具合理几何参数的选择决定于工件材料、刀具材料、刀具类型及其他具体工艺条件。 3.2.2 前角及前面形状的选择 （1）前角的功用及合理前角的选择 1）前角的主要功用 ①影响切削区的变形程度 ②影响切削刃与刀头的强度 ③影响切屑形态和断屑效果 ④影响已加工表面质量 2）增大或减小前角各有利弊，前角有一个合理的数值。 3）合理前角的选择原则 ①工件 ropt塑>ropt脆，ropt低强度纲>ropt高强度钢 ②刀具 ropt硬 第一. 合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数 是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。 可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。 刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。 1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。 2、后角的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。后角的大小还影响作用在后刀面上的力，后刀面与工件的接触长度以及后刀面的西华大学硕士学位论文 刀具合理几何参数的选择是切削刀具理论与实践的重要课题。中国有句谚语说：“工欲善其事，必先利其器”，刀具正是切削加工的直接作用工具，它的完善程度对切削加工的现状和发展起着决定性的作用。CIRP的一项研究报告指出：“由于刀具材料的改进，刀具的允许切削速度每隔十年几乎提高一倍；由于刀具结构和几何参数的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高二倍。”这也说明了选择刀具合理几何参数的重要意义。 什么是刀具的合理(或最佳)几何参数呢？ 在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使用寿命长、生产效率高、加工成本低的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。 一般地说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题。但是，由于影响切削加工效益的因素很多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度甚大。实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少数参量，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法等)进行处理，得出优选结果。 二、刀具合理几何参数的基本内容 刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容： 1.刃形 刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃，同时也明确了一定的切削加工条件必定对应有某种适宜的刃形。这是刀具几何构形趋于合理的一种标志。刀尖形状的变革，也是刃形变革的内容之一。 刃形直接影响切削层的形状，影响切削图形的合理性；刃形的变化，将带来切削刃各点工作角度的变化。因此，选择合理的刃形，对于提高刀具使用寿命、改善已加工表面质量、提高刀具的抗振性和改变切屑形态等，都有直接的意义。以切断刀为例(图10—1)，说明 刀具的几何参数包括刀具的切削角度，刀面的形式(如平前刀面，带卷屑断屑槽的前刀面、波形刀面等)以及切削刃的形状(直线形、折线形、圆弧形等)。 刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削温度和刀具磨损都有显著影响，从而影响切削加工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。 刀具的合理几何参数．是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。 选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、刀具材料、刀具类型，也与切削用量、工艺系统刚性和机床功率等因素有关。 第一节前角及前刀面形状的选择 一、前角的功用及选择 前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度，直接影响切 削过程。前角有正前角和负前角之分。 取正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑 流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切削轻 快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。但前角过大时，楔角 过小，会削弱切削刃部的强度并降低散热能力，反而会使刀具寿命 降低。由图可知，加工不同材料时，前角太大或太小，刀具耐用度 都较低。在一定加工条件下，存在一个耐用度为最大的前角，即合 理前角。 取负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高切削 刃强度和耐冲击能力。负前角刀具通常在用脆性 刀具材料加工高强度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、易 产生崩刃时才采用。 前角的合理数值选取原则 刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、工件材料的种类与性质： 1．刀具材料：强度和韧性较高时可选择较大的前角。高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大5°～10°。陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。选择要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4°～－15°范围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0°～－10°)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。 2．工件材料 1）加工塑性材料时，切屑呈带状，沿刀具前面流出时和前面接触长度较长，摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般都采用正前角。工件材料塑性愈大，强度和硬度愈低时，前角应选得愈大。如加工 铝及铝合金取γo=25°～35°，加工低碳钢常取γo=20°～25°。当工件材料强度较大、硬度较高时，前角宜取小值，如正火高碳钢取γo=10°～l5°。当加工高强度钢时，为增强切削刃，才取负前角。 2）加工脆性材料(如灰铸铁)时，塑性变形小，切屑呈崩碎状，刀屑接触长度短，摩擦不大，切削力集中在切削刃附近且产生冲击，容易造成崩刃。所选前角应比加工塑性材料时小一些，以提高切 削刃强度和散热能力。如加工灰铸铁取γo=5°～15°。前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐 减小。在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负前角。实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。 3．具体加工条件：粗加工时或断续切削时，切削力和冲击较大，为使切削刃有足够强度，宜取较小前角；精加工时，切削刃强度要求较低，为使刀具刀刃锋利，降低切削力，以减小工件变形和减 刀具的主要几何参数及作用 刀具作为具有既定功能的金属切削工具，其性能除了决定于刀具材料和涂层以外，还决定于刀具切削部分的几何参数。刀具的切削部分是一个由几何参数确定的几何体。由于刀具切削部分直接参与切削过程，其几何参数关系着切削时金属的变形、切屑与刀具的摩擦、工件已加工表面与刀具的摩擦等，从而影响切削力、切削热及刀具的磨损；此外，还影响工件已加工表面的形状和质量、切屑的卷曲、折断和流向的控制等，从而对刀具的切削性能和切削效果起重大的作用。因此，了解刀具几何参数与切削性能和切削过程的关系是设计刀具和合理使用刀具的前提。 刀具切削部分的具体形状因不同的刀具类别有很大的区别，但是它们参加切削的部分在几何特征和各几何要素的功能上却具有共性。下面就以车刀为例表示刀具的主要几何要素(图6)。图6的左边是刀具切削部分的工作状态，右边表示构成切削部分的几何要素，包括前刀面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃、刀尖，其作用如下： 前刀面是直接挤压金属形成切屑并引导切屑排出的表面，它与切屑产生剧烈的摩擦，金属变形的热量和与切屑摩擦的热量是刀具两个主要的热源，因此前刀面刀尖附近区域的温度很高。前刀面的形状、倾角是刀具控制切屑卷曲、折断和流向的要素。 主后面是与前刀面共同构成刀具切削楔和主切削刃的表面，主后面与过渡表面或切削表面之间的摩擦是切削过程的第三个热源。为了减少摩擦，在切削楔与工件的过渡表面或切削表面之间须形成必要的隙角。 主切削刃是前刀面与主后面相交形成的刀刃，起着对金属的切入、切离的作用，是切削过程中载荷和热量最集中的部位。 副后面是与主后面相连并与前刀面一起三者共同构成刀尖和副切削刃的表面。除某些类型的刀具以外，对于大多数刀具它为实现走刀、进行连续切削和刀具的实际应用提供了可能，副后面对着已加工表面并与已加工表面之间有一个隙角，以减少副后面与已加工表面的 摩擦。 刀具直径种类参数切削参数粗加工半精加工精加工平面加工备注加工材料 E80R8飞刀普通机床Aa（切深） 1.2\\0.5刀长170一般构造用钢S55C,45# E80R8飞刀普通机床Ar（切宽）50\\32刀长170一般构造用钢S55C,45# E80R8飞刀普通机床F(mm/min)1800\\400刀长170一般构造用钢S55C,45# E80R8飞刀普通机床S(转/min)1000\\1000刀长170一般构造用钢S55C,45# E80R8飞刀普通机床寿命(min)480\\480刀长170一般构造用钢S55C,45# E80R8飞刀普通机床金属去除率刀长170一般构造用钢S55C,45# E80R8飞刀普通机床Aa（切深）1\\0.5刀长170调质钢（30刀具几何参数
刀具合理几何参数的选择
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刀具主要参数及应用
04 切削刀具-飞刀参数表【14表全】
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