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        淺談金屬切削刀具的合理選擇

        2016-11-24 14:02:58喻志高
        科學(xué)與財(cái)富 2016年15期

        摘要:本文談到切削刀具在金屬切削加工中不可缺少的地位,為了得到刀具最佳切削加工性能和高耐用度,從選材、工作角度分析了如何選擇合理刀具。

        關(guān)鍵詞:切削刀具;刀具材料;刀具角度;耐用度;

        Abstract: This thesis first illustrates the indispensable status of cutting tools in the metal cutting processing and then analyzes how to choose appropriate cutting tools from angles of material-choosing and of working condition respectively in order to get the best performance and high durability of cutting tools.

        Key words: Cutting Tools; Cutting Materials; Cutting Angle; Durability;

        1 金屬切削加工概況

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了生產(chǎn)工藝和技術(shù)的不斷創(chuàng)新,在這種情況下,切削加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用?,F(xiàn)階段,金屬的機(jī)器零件經(jīng)過的加工方式分為塑性加工、機(jī)械加工、高能加工、電及化學(xué)加工幾大類。并且機(jī)械加工中的切削加工和磨削加工在機(jī)械制造過程中所占比重大,用途廣泛。因此,為了提高機(jī)械加工的效率,同時(shí)降低生產(chǎn)過程的成本,我國在加工刀具方面投入的研究量大,對(duì)刀具材料、變形過程、切削環(huán)境等進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和智能化分析,得到了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。然而遺憾的是核心數(shù)據(jù)庫在國際上只有少數(shù)廠家掌握,持有者可獲得關(guān)鍵競爭力和壟斷利潤,關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備仍基本依賴進(jìn)口。

        2 切削刀具的幾何參數(shù)

        金屬切削加工過程是刀具與工件相互作用的過程。其中包括切削力、徑向力和背向力三個(gè)基本分力,同時(shí)伴有摩擦產(chǎn)生高溫作用,所以這對(duì)于刀具切削部分的表面質(zhì)量影響程度很大。易產(chǎn)生積屑瘤、變形或者加工硬化等不利現(xiàn)象。一般刀具切削部分表面分為前刀面、主后刀面,副后刀面三個(gè)表面。前刀面即切屑沿其排出的表面,并控制切屑排出方向,前刀面在切削中由于與切屑產(chǎn)生摩擦,容易形成高溫集中,并伴隨著高壓作用,易產(chǎn)生粘結(jié)作用,容易形成積屑瘤。主后刀面是與工件上過渡表面相對(duì)的表面,副后刀面則是與工件上已加工表面相對(duì)的表面,它在加工中幾乎不參與切削作用,但會(huì)對(duì)已加工表面形成擠壓和摩擦,產(chǎn)生變形與回彈,造成纖維化與加工硬化。切削刀刃分為主刀刃,副刀刃,過渡刃。主刀刃又稱主切削刃,是前刀面與主后刀面相交而得到的邊鋒,用以形成工件的過渡表面,它完成主要的金屬切除工作。同樣,副刀刃稱為副切削刃,是前刀面與副后刀面相交的邊鋒,切除工作,以最終形成工件的已加工表面。過渡刃是主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃,它可以是直線段或圓弧。

        3 刀具材料對(duì)刀具合理選擇的影響

        在金屬切削加工中,刀具切削部分材料的不同對(duì)刀具的耐用度和加工精度也會(huì)造成不同影響,現(xiàn)在的刀具材料可分為高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層刀具等。高速鋼按用途分為普通高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼,普通高速鋼由于具有高硬度和耐磨性,一定的塑性和韌性,適用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具,可以用來切削大部分鑄鐵工件,但在使用普通高速鋼刀具時(shí)要保證切削速度不高于40-60m/min,否則易造成刀具崩刃或快速磨損。高性能高速鋼加熱到630℃仍能保證較高的硬度,因而在高速切削中的耐用度高于普通高速鋼,適用于加工高溫合金,奧氏體不銹鋼等難加工工件,尤其是在高速切削時(shí)優(yōu)勢明顯。粉末冶金高速鋼制造困難,加工成本高,生產(chǎn)環(huán)境要求嚴(yán)格。但這種高速鋼晶粒細(xì)而均勻,具有良好的磨加工性和耐磨性。適用于制造難加工刀具和精密刀具。硬質(zhì)合金刀具分為YG類、YT類、YW類三種。由于增加了Co含量,進(jìn)而提高了刀具的抗彎強(qiáng)度,因此YG類適合制造小尺寸刀具,并且保證較低的切削速度,用于加工難加工工件。YT類在YG類基礎(chǔ)上增加了TiC含量,進(jìn)而增強(qiáng)刀具的耐磨性和硬度,但是TiC含量不宜過高,否則會(huì)使抗彎強(qiáng)度明顯下降。YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點(diǎn)是耐熱性好,當(dāng)對(duì)耐熱性要求很高時(shí),我們可以選擇TiC含量較高的牌號(hào),而對(duì)于刀具易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象,無法承受大的沖擊載荷,我們可以選擇TiC含量低的排號(hào)。YW類又是在YT類基礎(chǔ)上增加了一定含量的TaC.,提高了刀具強(qiáng)度、硬度、耐磨性和抗氧化能力??捎糜诩庸つ巢糠骤T鐵和有色金屬。

        4 刀具工作角度對(duì)刀具合理選擇的影響

        在金屬切削性分析中,刀具角度是必不可少的。刀具角度是指在刀具工作圖需要標(biāo)注的角度。它用于刀具的制造,測量和刃磨。通常我們用到的標(biāo)注角度有主偏角Kr、副偏角Kr、前角γo、后角αo、刃傾角λs和副后角αo。主偏角對(duì)刀具的耐用度影響很大,主偏角越大,刀具耐用度越低,這是因?yàn)楫?dāng)主偏角增大時(shí),隨即刀尖角減小,刀具的散熱體積減小,并且切削厚度增大,切削寬度減小,刀刃的曲線部分長度將會(huì)隨之減小,單位面積承受的負(fù)載增大,散熱條件不好。當(dāng)主偏角太大時(shí),易使刀尖受到?jīng)_擊發(fā)生崩刃。因此合理的刀具盡量選擇小的主偏角。副偏角的主要作用是形成最終的已加工表面,副偏角不宜過小,否則會(huì)增大副后刀面與已加工表面的摩擦,增大表面粗糙度并且還加快刀具的磨損。前角的大小決定著切削刃的鋒利程度和強(qiáng)固程度。根據(jù)李和謝弗的近似剪切角公式Φ+β-γo=π/4可知,前角越大,剪切角變大,切屑變形減小,從而使切削力和切削功率減少,刀頭熱量減少,提高刀具的耐用度,但前角也不宜過大,會(huì)減小楔角,致使切削溫度升高。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得知,在一定的加工條件下,存在一個(gè)刀具耐用度為最大的前角—合理前角。后角的作用是減小主后刀面與加工表面的摩擦。適當(dāng)?shù)脑龃蠛蠼强商岣叩毒吣陀枚?,增大后角可以減小彈性恢復(fù)層與后刀面的接觸長度,并且刀刃鈍圓半徑也會(huì)減小,適合切下金屬層很薄的工件。刃傾角的主要作用是控制切屑排出的方向,很好的分配切削分力。一般工作環(huán)境要求切屑遠(yuǎn)離操作員,所以要求取刃傾角為負(fù)值,但是如果精車時(shí),我們要保護(hù)已加工表面,防止被切屑刮傷,常取正刃傾角。在系統(tǒng)剛性較差時(shí),優(yōu)先選擇正刃傾角。車刀的副后角一般等于后角,當(dāng)?shù)毒咝枰胁刍蛘咔袛喙ぜr(shí),取較小的副后角。最后應(yīng)說明刀具的各個(gè)角度都是相互關(guān)聯(lián)的。單個(gè)角度的合理值并不能使刀具發(fā)揮最佳作用。只有通過實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù),在總結(jié)數(shù)據(jù)的一些特點(diǎn),才能更好的選擇出最合理的刀具。

        5 結(jié)束語

        通過對(duì)刀具材料、刀具工作角度這些性質(zhì)分析,使人們能夠認(rèn)識(shí)到如何正確合理的選擇刀具,有助于提高機(jī)械化水平和加快工業(yè)化進(jìn)程。眾所周知,金屬切削機(jī)床的數(shù)控化和柔性化,和集成制作系統(tǒng)的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展方向,一臺(tái)好的機(jī)床只有配上一把好刀才能發(fā)揮最佳功效,所以,我們要掌握刀具的正確使用,才能提高效率,降低生產(chǎn)成本,才能帶來生產(chǎn)效益。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陳日耀.金屬切削原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2002.

        [2]吳林禪. 金屬切削原理與刀具[M]機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

        [3]劉建新.金屬切削刀具常用材料及其選用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2009.

        作者簡介:

        喻志高(1995—),男,漢族,江西南昌人,學(xué)生,鄭州大學(xué),機(jī)械工程學(xué)院,研究方向:機(jī)械工程。

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