金属切削原理与刀具之刀具部分

金属切削原理与刀具之刀具部分总结，包括刀具角度的来源定义、刀具的几何参数、加工时对刀具变化的影响等。

金属切削原理与刀具-刀具部分

• 刀具角度的来源定义
  • 基面中测量的刀具角度
    • i. 主偏角Kr:主切削刃在基上的投影与进给运动速度V方向之间的夹角。
    • ii. 副偏角Kr':副切削刃在基面上的投影与进给运动速度v:反方向之间的夹角
  • 切削平面中测量的刀具角度
    • 刃倾角λs：主切削刃与基面之间的夹角。
      • 它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。当主切削刃与基面平行时入。=0° ;当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时λs>0°;反之λs≤0º
  • 正交平面中测量的刀具角度
    • a. 前角Yo：前面与基面之间的夹角。
    • b. 后角aρ：后面与切削平面之间的夹角。
• 刀具的几何参数
  • 切削刀具结构
    • 由工作部分和非工作部分构成。
    • 车刀的工作部分比较简单，只由切削部分构成，非工作部分就是车刀的柄部（或摇杆）。
    • 不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来。
  • 刀具切削部分的基本定义
    • 刀面
      • 前刀面：切屑流过的刀面。
      • 主后刀面:与工件正在被切削加工的表面（过渡表面)相对的刀面。
      • 副后刀面：与工件已切削加工的表面相对的刀面。
    • 刀刃
      • 主切削刃：前刀面与主后刀面在空间的交线。
      • 副切削刃：前刀面与副后刀面在空间的交线。
    • 刀尖
      • 三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。
• 加工时对刀具变化的影响
  • 刀具磨损破损与刀具耐用度
    • 刀具的磨损形式
      • 1. 前刀面磨损
      • 2. 后刀面磨损
      • 3. 边界磨损
      • 4. 破损
        • 崩刃
        • 剥落
        • 裂纹
        • 塑性磨损
    • 刀具的磨损原因
      • 硬质点磨损
      • 粘结磨损
      • 扩散磨损
      • 化学磨损（氧化磨损）
      • 热电磨损
    • 刀具的磨损过程及磨钝标准
      • 刀具的磨损过程
        • 1. 初期磨损阶段
        • 2. 正常磨损阶段
        • 3. 急剧磨损阶段
      • 刀具的磨钝标准（表现出的现象）
        • 噪声
        • 振动
        • 已加工表面质量恶化
        • 切削力突然增加
        • 国际标准ISO统一规定：以1/2切削深度处后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具磨钝标准。
    • 刀具耐用度
      • 定义：由刃磨后开始切削,一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间。或:达到规定的磨钝标准，刀具的工作时间。或:两次磨刀之间的工作时间。
      • 影响因素
        • 切削用量
        • 切削速度
        • 切削厚度
        • 切削宽度
        • 刀具的几何参数
        • 工件材料
        • 刀具材料
        • 刀具的刃磨质量和润滑冷却条件
      • 确定刀具耐用度的原则
        • i. 根据单工件时最小的原则来制定耐用度，称为最高生产率耐用度Tp
        • ii. 根据每个工件工序成本最低原则来制定耐用度,称为最低成本耐用度Tc
        • iii. 根据单位时间内获得的盈利最大来制定耐用度，称为最大利润耐用度Tpr。
        • 分析可知，这三种耐用度之间存在如下关系，TP<TPR<TC。生产中一般多采用最低成本耐用度,只有当生产任务紧迫，或生产中出现不平衡的薄弱环节时,才选用最高生产率耐用度。
• 刀具几何参数对加工过程的影响
  • 前角
    • 影响因素：切屑变形、切削力、切削温度、切削功率、刀头强度、容热体积、导热面积、切屑的形态、断屑效果、加工质量。
    • 影响过程
      • 影响切削变形：前角增大，刀具锋利，塑性变形小，切削力小，温度小。
      • 影响切削刃的产生：前角增大，可以减小切削热的产生，但导致刀头导热面积和容热体积减小。
      • 影响刀具耐用度：前角小时：前角增大，切削力小，温度小，耐用度增大；前角大时：前角增大，刀头强度小，散热条件差，耐用度小。
      • 影响切屑形态和断屑效果：前角减小会增大切屑的变形，使切屑容易卷曲和折断。
      • 影响加工表面质量：前角增大，塑性变形小，加工硬化小，振动小，有利于提高表面质量。
  • 后角
    • 影响因素：加工表面的质量、刀具耐用度、生产率。
    • 影响过程
      • 减小后刀面与加工表面之间的磨擦：后角越小，磨擦长度越大，磨损越厉害；增大后角，减小磨擦，提高表面质量和刀具耐用度。后角越大，切削刃钝圆半径值越小，切削刃越锋利。
      • 影响材料耗损：在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀具由新到磨钝，所磨去的金属体积较大，可提高刀具耐用度；但刀具径向磨损值NB增大，当工件尺寸精度要求较高时，不宜采用大后角；增大后角将使切削刃和刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减小；且NB一定时，磨耗体积小，刀具耐用度低。
  • 主偏角和后偏角
    • 影响因素：加工表面质量，刀具耐用度和生产率
    • 影响过程
      • 影响已加工表面残留面积高度：减小主偏角和副偏角，可以减小加工表面粗糙度，特别是副偏角对加工表面粗糙度的影响更大。
      • 影响切削层的形状：主偏角直接影响切削刃工作长度和单位长度切削刃上的切削负荷。增大主偏角，切削宽度减小，切削厚度增大，切削刃单位长度上的负荷增大。因此主偏角直接影响刀具的磨损和耐用度。
      • 影响三个切削分力的大小和比例关系：增大主偏角，可减小主切削力Fz和切深抗力(Fy=FNcosKr)，但进给抗力(Fx=FNsinKr)增大。同理，增大副偏角也可使切深抗力Fy减小，有利于减小工艺系统的弹性变形和振动。
      • 主偏角和副偏角决定了刀尖角：（三个角度之和为180º）直接影响刀尖强度、导热面积和容热体积。
      • 主偏角影响断屑效果和排屑方向：增大主偏角，切屑变成窄而厚，容易折断；对于孔加工刀具来说，增大主偏角有利于切屑沿轴向顺利排出
  • 刃倾角
    • 影响因素：切屑流向、刀尖强度和散热条件、切削刃的锋利性、平稳性、切削刃的工作长度、切削分力之间的比例。
    • 影响过程
      • 控制切屑流向
      • 影响主切削刃刀尖强度和散热条件
      • 影响切削刃的锋利性
      • 刃口具有“割”的作用
      • 影响切入切出的平稳性
      • 影响切削刃的工作长度
      • 影响三个切削分力之间的比例
  • 倒棱
    • 影响： 前刀面上的负倒棱可以提高刃区的强度，但此时被切金属的变形加大，切削力增加；倒棱还影响积屑瘤的脱落状况，进而影响震动，合适的倒棱会减小震动。
• 刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状(各表面空间位置)的重要参数。
• 定义：所规定的刀具磨损量的极限值或不能继续使用的限度