车刀几何角度对切削过程的影响与角度选择原则:40cr碳含量
时间：2019-02-12 03:24:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：合理选择车刀几何角度，有利于改善加工条件，提高工件加工质量，延长刀具与设备的使用寿命。现从车刀几何角度在切削过程中对切削力、切削热和刀具耐用度的影响角度，分析车刀几何角度选择的一般原则。
关键词：几何角度 切削力 切削热 耐用度
车刀的几何角度表示了车刀切削部分各几何要素之间，或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空间位置。科学合理地选择车刀的几何角度，有利于改善加工条件，提高工件加工质量，延长刀具与设备的使用寿命。本文从车刀几何角度对切削力、切削热和刀具耐用度影响等角度，分析车刀几何角度选择的一般原则。
一、车刀的六个几何角度及含义
刀具的切削性能、锋利程度、强度、排屑等主要是由刀具的几何角度决定的。车刀的几何角度中前角、后角、主偏角和刃倾角是主切削刃上四个最基本的角度。
二、车刀几何角度对切削力的影响
在金属切削时，刀具切入工件，将多余材料从工件上切除会产生强烈的力的作用，这些力统称为切削力。切削力主要来源于被加工材料在发生弹性和塑性变形时的抗力、刀具与切屑及工件表面之间的摩擦力。根据切削力产生的作用效果的不同，可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。它们分别是：主切削力F ，进给抗力F 和切深抗力F ；其中，F 是切削总力F 沿主运动切向分解而得；F 也叫轴向力，它是F 沿工件轴向的分力；F 也叫径向力，它是F 沿着工件径向的分力，当机床或工艺系统刚度不足时，易引起振动。
（一）前角对切削力的影响
前角增大，刀尖锋利，金属塑性变形减小，沿前刀面的摩擦力减小，因此切削力减小。
前角的增大，对切削分力F 、F 的影响程度也不一样，当主偏角K 较大时，对F 的影响较明显，而当主偏角K 较小时，则对F 的降低幅度更大些。
（二）主偏角对切削力的影响
主偏角的改变，会改变各切削分力间的比例，从而改变了各分力的大小。实践证明，主偏角对主切削力的影响较小，对进刀抗力F 和走刀抗力F 的影响较大；根据切削力分解公式：F ＝F cosK ；Fx＝F sinK 分析，主偏角减小，则轴向力增大，径向力减小；主偏角增大，使F 减小，F 增大，这有利于减轻工件的变形和系统的振动。（往往采用较大主偏角的车刀切削细长轴类零件，来减小径向分力F ，就是这个道理）
但当工艺系统刚性较差时，主偏角减小，轴向力增大，易引起振动，因此，在选择主偏角时也要考虑此问题。
（三）刃倾角λ 对切削力的影响
刃倾角λ 对主切削力F 影响较小，但对进给抗力F 和切深抗力F 的影响较大。当λ 减小时，使刀具受到的正压力的方向发生了变化，从而改变了切削合力F 及其分力F 的作用方向，使F 增大，F 减小。由此可见，从切削力角度分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角，否则会增大F 的作用而产生振动，从而影响加工质量。
三、车刀几何角度对切削热的影响
车削过程所消耗的能量，除了极少部分用以形成新表面外，绝大部分都转换为热能，以切削热的形式表现出来，使工艺系统的温度升高。分析可知，车削时热量主要来源于切屑的变形功和前、后刀面的摩擦功。这些热量产生后又将通过切屑、工件、刀具和周围介质传出，使产热与散热达到动态平衡状态。影响切削热与切削温度的因素很多，这里分析车刀几何角度对其产生的影响。
（一）前角对切削温度的影响
前角增大，使切削力下降，切屑的变形和工艺系统的摩擦减轻，使产生的切削热减少，从而降低了切削温度。事实上，切削温度的高低不仅取决于工艺系统产生热量的多少，还受工艺系统散热条件的影响。
（二）主偏角对切削温度的影响
减小主偏角时，使切削宽度增大，切削厚度减小，切削变形和摩擦减轻，同时，切削宽度增大后，散热条件改善，又有利于降低切削温度。因此，当工艺系统刚性足够时，采用小的主偏角切削，是降低切削温度、提高刀具的耐用度的一个重要措施，尤其是切削难加工材料时效果更显著。
四、车刀几何角度对刀具耐用度的影响
刀具的耐用度就是用来衡量刀具连续切削时间长短的参量，是指刀具从开始使用至达到磨损限度为止所用的连续的切削时间，它是衡量刀具切削性能的重要指标。由于刀具几何角度对耐用度的影响较大，合理选择刀具几何角度，可以大幅度提高刀具的耐用度。
（一）前角对刀具耐用度的影响
适当增大前角，有利于减少切削力，降低切削温度，使刀具的耐用度提高。但是，如果前角增大到一定值以后，会使刀刃强度下降，散热条件逐渐变差，而且刀刃易于产生破损，耐用度反而会下降。
（二）主偏角对刀具耐用度的影响
适当减小主偏角，能降低摩擦，提高刀具强度，改善散热条件，使刀具耐用度升高。当然，随着主偏角和副偏角的减小，会使系统的切深抗力F 增大，当系统刚性不足时，会引起振动而影响加工质量。
五、车刀几何角度的选择原则
车刀的几何角度对车刀的切削性能有很重要的影响，科学合理的选择车刀的几何角度，应以保证加工质量，满足刀具的耐用度，提高生产率为目的。（粗加工、半精加工时，应提高生产率和满足刀具的耐用度；精加工时应保证加工的质量）同时，还应考虑车刀几何角度对切削过程中的切削力、切削热和刀具耐用度的影响，合理选择车刀的几何角度。
（一）车刀前角选择原则
前角主要影响切削过程中的变形和摩擦、刀具强度，改变散热条件，影响刀具的耐用度。选择前角时，应该综合考虑材料和加工工艺的要求。1. 在刀具强度允许的条件下，尽量选用大前角。2. 被加工的材料导热系数低，应该选择小前角车刀，以改善散热效果，提高车刀的耐用度。3. 在加工高强度材料时，为了防止车刀的破损，常采用负前角，以提高车刀的使用寿命。
（二）车刀后角的选择原则
后角主要影响切削时的摩擦和刀具强度。1. 当工件材料的强度、硬度较高时，宜取较小后角，以提高刀具强度；2. 当工艺系统刚性较差时，应适当减小后角，防止系统产生振动；3. 当加工精度要求较高时，应采用小后角。
（三）主偏角的选择原则
主偏角主要影响刀具强度、耐用度和工艺系统加工稳定性。1. 在工艺系统刚性不足时，常取较大主偏角，以减小切削力。2. 在加工高强度、高硬度材料时，取较小主偏角以提高刀具的耐用度。3. 副偏角影响工件的表面质量和刀具强度，在系统不易产生振动和摩擦的条件下，应选择较小的副偏角。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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