浅谈金属切削刀具的合理选择

摘要：本文谈到切削刀具在金属切削加工中不可缺少的地位，为了得到刀具最佳切削加工性能和高耐用度，从选材、工作角度分析了如何选择合理刀具。

关键词：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 金属切削加工概况

随着科学技术的发展，促进了生产工艺和技术的不断创新，在这种情况下，切削加工技术得到了广泛的应用。现阶段，金属的机器零件经过的加工方式分为塑性加工、机械加工、高能加工、电及化学加工几大类。并且机械加工中的切削加工和磨削加工在机械制造过程中所占比重大，用途广泛。因此，为了提高机械加工的效率，同时降低生产过程的成本，我国在加工刀具方面投入的研究量大，对刀具材料、变形过程、切削环境等进行了大量的实验和智能化分析，得到了真实有效的数据。然而遗憾的是核心数据库在国际上只有少数厂家掌握，持有者可获得关键竞争力和垄断利润，关键机械设备仍基本依赖进口。

2 切削刀具的几何参数

金属切削加工过程是刀具与工件相互作用的过程。其中包括切削力、径向力和背向力三个基本分力，同时伴有摩擦产生高温作用，所以这对于刀具切削部分的表面质量影响程度很大。易产生积屑瘤、变形或者加工硬化等不利现象。一般刀具切削部分表面分为前刀面、主后刀面，副后刀面三个表面。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与切屑产生摩擦，容易形成高温集中，并伴随着高压作用，易产生粘结作用，容易形成积屑瘤。主后刀面是与工件上过渡表面相对的表面，副后刀面则是与工件上已加工表面相对的表面，它在加工中几乎不参与切削作用，但会对已加工表面形成挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。切削刀刃分为主刀刃，副刀刃，过渡刃。主刀刃又称主切削刃，是前刀面与主后刀面相交而得到的边锋，用以形成工件的过渡表面，它完成主要的金属切除工作。同样，副刀刃称为副切削刃，是前刀面与副后刀面相交的边锋，切除工作，以最终形成工件的已加工表面。过渡刃是主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃，它可以是直线段或圆弧。

3 刀具材料对刀具合理选择的影响

在金属切削加工中，刀具切削部分材料的不同对刀具的耐用度和加工精度也会造成不同影响，现在的刀具材料可分为高速钢、硬质合金、涂层刀具等。高速钢按用途分为普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢，普通高速钢由于具有高硬度和耐磨性，一定的塑性和韧性，适用于制造结构复杂的刀具，可以用来切削大部分铸铁工件，但在使用普通高速钢刀具时要保证切削速度不高于40-60m/min，否则易造成刀具崩刃或快速磨损。高性能高速钢加热到630℃仍能保证较高的硬度，因而在高速切削中的耐用度高于普通高速钢，适用于加工高温合金，奥氏体不锈钢等难加工工件，尤其是在高速切削时优势明显。粉末冶金高速钢制造困难，加工成本高，生产环境要求严格。但这种高速钢晶粒细而均匀，具有良好的磨加工性和耐磨性。适用于制造难加工刀具和精密刀具。硬质合金刀具分为YG类、YT类、YW类三种。由于增加了Co含量，进而提高了刀具的抗弯强度，因此YG类适合制造小尺寸刀具，并且保证较低的切削速度，用于加工难加工工件。YT类在YG类基础上增加了TiC含量，进而增强刀具的耐磨性和硬度，但是TiC含量不宜过高，否则会使抗弯强度明显下降。YT类硬质合金的突出优点是耐热性好，当对耐热性要求很高时，我们可以选择TiC含量较高的牌号，而对于刀具易产生崩刃现象，无法承受大的冲击载荷，我们可以选择TiC含量低的排号。YW类又是在YT类基础上增加了一定含量的TaC.，提高了刀具强度、硬度、耐磨性和抗氧化能力。可用于加工某部分铸铁和有色金属。

4 刀具工作角度对刀具合理选择的影响

在金属切削性分析中，刀具角度是必不可少的。刀具角度是指在刀具工作图需要标注的角度。它用于刀具的制造，测量和刃磨。通常我们用到的标注角度有主偏角Kr、副偏角Kr、前角γo、后角αo、刃倾角λs和副后角αo。主偏角对刀具的耐用度影响很大，主偏角越大，刀具耐用度越低，这是因为当主偏角增大时，随即刀尖角减小，刀具的散热体积减小，并且切削厚度增大，切削宽度减小，刀刃的曲线部分长度将会随之减小，单位面积承受的负载增大，散热条件不好。当主偏角太大时，易使刀尖受到冲击发生崩刃。因此合理的刀具尽量选择小的主偏角。副偏角的主要作用是形成最终的已加工表面，副偏角不宜过小，否则会增大副后刀面与已加工表面的摩擦，增大表面粗糙度并且还加快刀具的磨损。前角的大小决定着切削刃的锋利程度和强固程度。根据李和谢弗的近似剪切角公式Φ+β-γo=π/4可知，前角越大，剪切角变大，切屑变形减小，从而使切削力和切削功率减少，刀头热量减少，提高刀具的耐用度，但前角也不宜过大，会减小楔角，致使切削温度升高。经过实验得知，在一定的加工条件下，存在一个刀具耐用度为最大的前角—合理前角。后角的作用是减小主后刀面与加工表面的摩擦。适当的增大后角可提高刀具耐用度，增大后角可以减小弹性恢复层与后刀面的接触长度，并且刀刃钝圆半径也会减小，适合切下金属层很薄的工件。刃倾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。一般工作环境要求切屑远离操作员，所以要求取刃倾角为负值，但是如果精车时，我们要保护已加工表面，防止被切屑刮伤，常取正刃倾角。在系统刚性较差时，优先选择正刃倾角。车刀的副后角一般等于后角，当刀具需要切槽或者切断工件时，取较小的副后角。最后应说明刀具的各个角度都是相互关联的。单个角度的合理值并不能使刀具发挥最佳作用。只有通过实验得出数据，在总结数据的一些特点，才能更好的选择出最合理的刀具。

5 结束语

通过对刀具材料、刀具工作角度这些性质分析，使人们能够认识到如何正确合理的选择刀具，有助于提高机械化水平和加快工业化进程。众所周知，金属切削机床的数控化和柔性化，和集成制作系统的研究和应用是现代机械的发展方向，一台好的机床只有配上一把好刀才能发挥最佳功效，所以，我们要掌握刀具的正确使用，才能提高效率，降低生产成本，才能带来生产效益。

参考文献

[1]陈日耀.金属切削原理[M].机械工业出版社.2002.

[2]吴林禅. 金属切削原理与刀具[M]机械工业出版社，1999.

[3]刘建新.金属切削刀具常用材料及其选用[J].科技创新导报.2009.

作者简介：

喻志高（1995—），男，汉族，江西南昌人，学生，郑州大学，机械工程学院，研究方向：机械工程。