论文部分内容阅读
摘 要：本文介绍了刀具对于机械加工制造的重要性，并罗列了几何参数的种类，然后通过对影响因素的分析，指出了刀具前角、后角与副后角、主偏角、刃倾角的选择时所应遵守的原则。
关键词：刀具；几何参数；影响因素
古人云“工欲善其事，必先利其器”，在机械加工制造过程中，车刀是至关重要的。不同的车刀加工出来的零件是不一样的，为了保证好的零件质量，我们很有必要认真地选择车刀，刀具的材料对于优化金属切削过程很重要，但是如果刀具的几何参数不合理，也会使由优质材料制作的刀具很难发挥其应有的水平，这说明了刀具的几何参数的选择对于机械零件的加工至关重要。下面我们对刀具几何参数的选择进行详细分析。
一、刀具的几何参数
刀具的几何参数包括刀具角度、刀面型式及参数、切削刃的剖面形式及其参数、刃形。其中刀具角度包括前角、后角、主偏角、刃倾角、副偏角以及副后角等。
影响刀具集合参数选择的因素：
1.工件的材料
不同的加工工件由不同的材料制作的，化学成分的差异、制造方法的差异、不同热处理状态和物理力学性能，这里包括硬度、强度、伸长率、导热系数等，这些都会导致工件的材料有很大的不同，除此之外，我们还需要考虑待加工工件的形状和表面粗糙度情况，也就是说，任何一个细小的因素都会影响工件的材料特性。
2.刀具材料与结构
刀具材料与工件材料影响因素大致一致，两者都会受到很多因素的影响，选择合理的几何参数要考虑这些因素。除此之外，在选取刀具合理的几何参数时，需要关注刀具具体的结构形式，也就是刀具安装在车刀上面形式。
3.加工条件
加工条件一般分为粗加工和精加工两种。一般工艺设计为粗加工时，生产效率是首要的；然而精加工时，需要考虑保证加工结束后工件表面的质量要求，这时以保证质量为前提。
4.刀具整体联系
刀具是一个有机的整体，尽管影响其选择的因素众多，但是我们不能走极端，有意增大某一参数，要考虑到整体的力学性能和各部分之间的联系和约束。
二、刀具几何参数的选择
1.前角的选择
加工过程中，增大前角可以使刀具变得锋利，在一定程度上使得切削变形变小，从而降低了切削力和切削功率，延长了刀具的寿命。除此之外，增大前角还能防止积屑瘤的产生，能够使加工表面的粗糙度更低。但是前角过大，楔角会变小，会导致切削刃强度降低，车刀在工作时出现崩刃的可能性增大，降低寿命。因此实际选择前角过程中，刀具的前角主要由工件材料和刀具材料决定，工件强度低，硬度小的我们应增大前角；反之减小刀具前角，我们可以建立不同材料所对应的一系列刀具寿命与前角的函数，在合适材料的基础上选择寿命最长的点对应的前角。
2.后角与副后角的选择
后角的功用主要表现在增大后角可以减少刀具后表面与过度表面之间的摩擦力以及刀具的磨损，使得刀具的寿命提高，所以刀具的后角不能取负值。合理增大后角还有助于提高零件的表面加工质量，但是如果后角过大，其后果与前角一样都会时楔角过小，使得刀刃的强度降低，不容易散热，降低刀具使用寿命。选择过程中我们需要注意以下几点：
（1）如果切削层的厚度越小，为了减少后面的摩擦，我们应选取较大的后角，切削层厚度增大时，增大后角，这样从刀刃的强度和散热方面都进行优化。
（2）当零件的材料硬度和强度较高时，我们理应增大后角和刀具的强度硬度、防止在切削时给刀具带来损坏。
（3）精加工时候，应选取小后角，提高刀具的重磨次数。
（4）车刀的副后角常常等于后角，这也是对于后角选择的不可忽略的因素。
3.主偏角的选择
较小的主偏角和副偏角可以使得已加工表面获得更好的表面粗糙度；主偏角还影响切削刃工作长度和其在工作时的表面受力，在车刀进给量一定的情况下，我们应该合理减小主偏角，这样就会减小刀具的切削宽度增大厚度，这样使得刀具挤压时面积减小。相当于压强提高，降低了刀具的磨损；切削分力是按照主偏角大小进行分配的，增大主偏角可以刀具降低背向力，也就会减低工件的振动；此外，后角的大小还影响切屑排出的方向和刀尖的大小。
实际选取过程中，应考虑实际的加工環境和待加工工件的性质。粗加工时，增大主偏角可以降低工件的振动，延长刀具使用寿命；当加工的材料较硬时，为了减轻刀具的受力，应选取较小的主偏角，还利于散热。
4.刃倾角的选择
刃倾角影响到刀尖的轻度和加工过程中的散热情况，当刃倾角为负值时，切削刃由远及近切入工件内部，避免了冲击，保护了刀尖；刃倾角还影响切屑的排出方向，当刃倾角为负值时，切屑垂直排出，为正值时，切屑排向代加工表面，反之排向已加工表面，这种情况下会损坏表面；除此之外，刃倾角还影响刀刃的锋利程度及其工作长度，刃倾角越大，刀刃的工作部分越长，切削过程刀具就受力较为均匀，所得表面自然较好；刃倾角还影响切削分力，负值的刃倾角会增大背向力，导致工件振动。
综上实际选择过程中，应该综合考虑各方面因素，抓住主要因素，忽略次要因素，使之能够又好又快地制造出合格的零件。
参考文献
[1]马春翔，王光斗，李涛等.基于模糊理论的刀具寿命可靠性[J].机械工程学报，2007，43（12）：93-96.
[2]刘战强，艾兴.高速切削刀具磨损寿命的研究[J].工具技术，2001，35（12）：3-7.
[3]谭显春，刘飞，曹华军等.面向绿色制造的刀具选择决策模型及其应用[J].重庆大学学报，2003，26（3）：117-121.
作者简介
韩得福（1997.02—），男，汉族，河北邯郸人，本科在读，就读于河北大学质量技术监督学院，所学专业：机械设计制造及其自动化。
关键词：刀具；几何参数；影响因素
古人云“工欲善其事，必先利其器”，在机械加工制造过程中，车刀是至关重要的。不同的车刀加工出来的零件是不一样的，为了保证好的零件质量，我们很有必要认真地选择车刀，刀具的材料对于优化金属切削过程很重要，但是如果刀具的几何参数不合理，也会使由优质材料制作的刀具很难发挥其应有的水平，这说明了刀具的几何参数的选择对于机械零件的加工至关重要。下面我们对刀具几何参数的选择进行详细分析。
一、刀具的几何参数
刀具的几何参数包括刀具角度、刀面型式及参数、切削刃的剖面形式及其参数、刃形。其中刀具角度包括前角、后角、主偏角、刃倾角、副偏角以及副后角等。
影响刀具集合参数选择的因素：
1.工件的材料
不同的加工工件由不同的材料制作的，化学成分的差异、制造方法的差异、不同热处理状态和物理力学性能，这里包括硬度、强度、伸长率、导热系数等，这些都会导致工件的材料有很大的不同，除此之外，我们还需要考虑待加工工件的形状和表面粗糙度情况，也就是说，任何一个细小的因素都会影响工件的材料特性。
2.刀具材料与结构
刀具材料与工件材料影响因素大致一致，两者都会受到很多因素的影响，选择合理的几何参数要考虑这些因素。除此之外，在选取刀具合理的几何参数时，需要关注刀具具体的结构形式，也就是刀具安装在车刀上面形式。
3.加工条件
加工条件一般分为粗加工和精加工两种。一般工艺设计为粗加工时，生产效率是首要的；然而精加工时，需要考虑保证加工结束后工件表面的质量要求，这时以保证质量为前提。
4.刀具整体联系
刀具是一个有机的整体，尽管影响其选择的因素众多，但是我们不能走极端，有意增大某一参数，要考虑到整体的力学性能和各部分之间的联系和约束。
二、刀具几何参数的选择
1.前角的选择
加工过程中，增大前角可以使刀具变得锋利，在一定程度上使得切削变形变小，从而降低了切削力和切削功率，延长了刀具的寿命。除此之外，增大前角还能防止积屑瘤的产生，能够使加工表面的粗糙度更低。但是前角过大，楔角会变小，会导致切削刃强度降低，车刀在工作时出现崩刃的可能性增大，降低寿命。因此实际选择前角过程中，刀具的前角主要由工件材料和刀具材料决定，工件强度低，硬度小的我们应增大前角；反之减小刀具前角，我们可以建立不同材料所对应的一系列刀具寿命与前角的函数，在合适材料的基础上选择寿命最长的点对应的前角。
2.后角与副后角的选择
后角的功用主要表现在增大后角可以减少刀具后表面与过度表面之间的摩擦力以及刀具的磨损，使得刀具的寿命提高，所以刀具的后角不能取负值。合理增大后角还有助于提高零件的表面加工质量，但是如果后角过大，其后果与前角一样都会时楔角过小，使得刀刃的强度降低，不容易散热，降低刀具使用寿命。选择过程中我们需要注意以下几点：
（1）如果切削层的厚度越小，为了减少后面的摩擦，我们应选取较大的后角，切削层厚度增大时，增大后角，这样从刀刃的强度和散热方面都进行优化。
（2）当零件的材料硬度和强度较高时，我们理应增大后角和刀具的强度硬度、防止在切削时给刀具带来损坏。
（3）精加工时候，应选取小后角，提高刀具的重磨次数。
（4）车刀的副后角常常等于后角，这也是对于后角选择的不可忽略的因素。
3.主偏角的选择
较小的主偏角和副偏角可以使得已加工表面获得更好的表面粗糙度；主偏角还影响切削刃工作长度和其在工作时的表面受力，在车刀进给量一定的情况下，我们应该合理减小主偏角，这样就会减小刀具的切削宽度增大厚度，这样使得刀具挤压时面积减小。相当于压强提高，降低了刀具的磨损；切削分力是按照主偏角大小进行分配的，增大主偏角可以刀具降低背向力，也就会减低工件的振动；此外，后角的大小还影响切屑排出的方向和刀尖的大小。
实际选取过程中，应考虑实际的加工環境和待加工工件的性质。粗加工时，增大主偏角可以降低工件的振动，延长刀具使用寿命；当加工的材料较硬时，为了减轻刀具的受力，应选取较小的主偏角，还利于散热。
4.刃倾角的选择
刃倾角影响到刀尖的轻度和加工过程中的散热情况，当刃倾角为负值时，切削刃由远及近切入工件内部，避免了冲击，保护了刀尖；刃倾角还影响切屑的排出方向，当刃倾角为负值时，切屑垂直排出，为正值时，切屑排向代加工表面，反之排向已加工表面，这种情况下会损坏表面；除此之外，刃倾角还影响刀刃的锋利程度及其工作长度，刃倾角越大，刀刃的工作部分越长，切削过程刀具就受力较为均匀，所得表面自然较好；刃倾角还影响切削分力，负值的刃倾角会增大背向力，导致工件振动。
综上实际选择过程中，应该综合考虑各方面因素，抓住主要因素，忽略次要因素，使之能够又好又快地制造出合格的零件。
参考文献
[1]马春翔，王光斗，李涛等.基于模糊理论的刀具寿命可靠性[J].机械工程学报，2007，43（12）：93-96.
[2]刘战强，艾兴.高速切削刀具磨损寿命的研究[J].工具技术，2001，35（12）：3-7.
[3]谭显春，刘飞，曹华军等.面向绿色制造的刀具选择决策模型及其应用[J].重庆大学学报，2003，26（3）：117-121.
作者简介
韩得福（1997.02—），男，汉族，河北邯郸人，本科在读，就读于河北大学质量技术监督学院，所学专业：机械设计制造及其自动化。