刀具對切削加工的影響

魏新蕊 何金燕 于佳航

摘要：機械加工涉及行業眾多，發展迅速，機械加工的發展趨勢是高效率、高精度、高柔性和綠色化，切削加工的發展方向是高速切削加工，在發達國家，它正成為切削加工的主流。高速切削加工對刀具提出了更高的要求。本文就立銑刀螺旋刃角度大小對切削性能的影響展開研究論述。分別從立銑刀螺旋角度對切削力、排屑效果的影響這三方面進行研究論述。

關鍵詞：刀具;數控銑床;加工中心

引言：

數控機床的刀具是2019年以來國家發改委重點關注對象，重點指出了國內刀具行業的蕭條，對于刀具的生產給予了大力支持。在制造業的發展中，刀具成了高端制造中的不可或缺的一部分。刀具既是金屬加工的基礎工具，又是金屬切削機床的必備工具。質量高的刀具不僅能加工出高質量的工件，也能有效提高機床的生產效率。

立銑刀是金屬切削加工的重要工具，螺旋刃角度參數、刀型結構、刀具材質等因素的不同都會影響金屬切削效果。本文就立銑刀的刀型結構、材質及刀具對切削用量的影響等基本知識進行簡單介紹，并對切削刃螺旋角度參數對切削力、排屑效果等方面的影響進行詳解闡述。

一、刀具基本知識簡單介紹

1、立銑刀刀型結構

立銑刀按切削刃可分為2刃立銑刀、3刃立銑刀、四刃立銑刀等。根據加工的方式及加工的工藝來選擇不同刃數的刀具。2刃立銑刀其刃數少，容屑槽大，排屑效果好，排屑流暢，所以2刃立銑刀一般用于開槽銑削。其缺點是刀具橫截面小，刀體的剛性較低，在切削材質較硬工件時容易變形斷裂。3刃、4刃等銑刀又叫多刃銑刀，多刃銑刀橫截面積增大，刀體剛性增強，每刃切削量變小，所以切削穩定，精密度高。所以銑削側面時多選用四刃立銑刀。其缺點是排屑性能差。

2、刀具材質

銑刀的常用材料有高速工具鋼、硬質合金等。

高速工具鋼：具有高硬度，高速工具鋼中合金元素鎢、鉻、鉬、釩的含量較高，淬火硬度可達HRC62-70。在6000℃高溫下，仍能保持較高的硬度。強度和韌性好，抗振性強，能用于制造切削速度-般的刀具，對于鋼性較差的機床，采用高速鋼銑刀，仍能順利切削。其工藝性能好，鍛造、加工和刃磨都比較容易，所以還可以制造形狀較復雜的刀具。

硬質合金：是金屬碳化物、碳化鎢、碳化鈦和以鈷為主的金屬粘結劑經粉末治金工藝制造而成的。其主要特點如下：

能耐高溫，在800---10000℃左右仍能保持良好的切削性能，切削時可選用比高速鋼高4--8倍的切削速度。常溫硬度高，耐磨性好?？箯潖姸鹊?，沖擊韌性差，刀刃不易磨的很鋒利。硬質合金刀具可以切削硬度較高的材料，使用壽命長。但是與高速鋼刀具相比，成本較高。

3、刀具對切削用量的影響，

刀具是影響切削的線速度、切深/背吃刀量、進給量這三個要素的至關重要的指標。根據刀具合理的選擇切削用量才能更好的延長刀具的使用壽命，提高刀具的耐用度。

切削過程中刀具耐用度隨切削用量變化的規律可以使用廣義泰勒公式來做近似描述，其一般形式如下：

T=Gr/Vx*Fy*Apz ? ? ? ?X>Y>Z

式中T為刀具耐用度系數，由公式可知：切削用量三要素切削速度Vx、進給量Fy、背吃刀量Ap，任何一一項增大，都會使刀具耐用度降低。由于X>Y>Z，這表明切削速度Vx、進給量Fy、背吃刀量Ap三者對刀具耐用度的影響程度不同，相反我們提高刀具耐用度就可以相應提高切削三要素，從而提高加工效率。

二、切削刃螺旋角度參數對金屬切削的影響

1、立銑刀刀刃螺旋角度參數對切削力

螺旋角定義：螺旋角β就是在切削平面Ps內度量的切削刃的切矢T與基面Pr的夾角，如圖1所示。Pr是通過切削刃上選定點P垂直于主運動方向的平面;Ps是通過切削刃上選定點P與切矢T相切，并垂直于基面Pr的平面。

銑刀前角影響切削變形、切削力、切削溫度和切削功率，也影響刀頭強度、容熱體積和導熱面積，從而影響刀具的使用壽命和切削效率，是刀具設計的重要幾何參數之一”。在銑刀設計過程中，各角度間的關系是相互聯系、相互影響的。因此有必要研究螺旋角與銑刀前角的關系。通常認為較大的螺旋角可以增加同時工作的螺旋齒數，減少銑削過程中的沖擊和增加其平穩性。并使立銑刀刀刃鋒利。實際前角增大。

為更準確的出結論，為深入探討螺旋角度對切削加工的影響，做了如下實驗及實際加工案例：本次實驗在三軸立式加工中心上進行，選用φ10四刃立銑刀，刀具角度分別為0度（即直刃）立銑刀、30度、45度和55度立銑刀進行切削試驗，主軸轉速3000r/min，進給速度為100㎜/min。遲到深度1㎜。切削材料為45號鋼。

在切削過程中通過觀察機床主軸參數（主軸承受力的大?。┛梢缘弥褐比辛姷躲娤鬟^程中切削力變化較大，隨著螺旋角度的增大切削力逐漸減小，且趨于平穩。從直刃銑刀的基本性質可知，直刃銑刀是呈斷續切削，切削沖擊力大，對刀具的抗震性要求較高，同等材質的刀具使用壽命變短。

隨著銑刀螺旋角的增大，銑刀前角增大，螺旋角對工作前角的影響也就越大，螺旋角的這一特性增加了銑刀切削刃的鋒銳性，使刀具的切入性好。所以切向切削力隨著螺旋角度的增加逐漸減小，切削效果也變得平穩，波動性減小。

2、立銑刀刀刃螺旋角度參數對排屑效果

金屬切削的發展方向是快速切削，節省時間成本，提高金屬切削效率中刀具排屑效果不容忽視，切削速度變快，所產生的切屑就越快。在上述切削試驗中，我們對不同螺旋角度刀具的排屑效果也加以觀察，得出如下結論：隨著銑刀螺旋角度的增加排屑效果逐漸增加，但是當螺旋角到達一定值（30度左右）時排屑效果逐漸較小。

結束語

刀具是高效制造業發展中不可或缺的一部分。所以我們應該在一系列因素的考慮下找出最為合適的計算公式和制作材料得到最為合適的機床刀具為我們所應用。因為它在加工工件等方面提高了機床的高效生產率同時也大大降低了人工耗時性。給加工、生產等方面帶來了便利。在刀具行業的帶動下我國制造業能發展的更迅速。同時也給人們的生活帶來了便利。

參考文獻：

[1]吳志慧. 淺析刀具磨損與刀具壽命對切削加工的影響[J]. 工業.

[2]丁琪. 金屬切削刀具對機械加工效率的影響探討[J]. 商品與質量， 2019.

本文指導教師：吳超群