简单刀具刃磨(°车刀)

一、实训要求

(1)了解90°车刀及应用;

(2)了解90°车刀几何角度;

(3)掌握90°车刀刃磨;

(4)掌握砂轮使用及注意事项。

二、实训内容

1.90°车刀及应用

车刀是应用最广的一种单刃刀具,也是学习、分析各类刀具的基础。车刀用于各种车床上加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。

图2.3-12 90°车刀

车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛,在车刀中所占比例逐渐增加。本部分主要讲解90°车刀。

1)90°车刀

车刀按进给方向分为左偏刀和右偏刀,如图2.3-12所示。

2)硬质合金车刀及其特点

硬质合金车刀是根据对精车要求而刃磨的车削钢料用的典型硬质合金精车刀。90°车刀的刀尖角＜90°,所以刀尖强度和散热条件比45°车刀和75°车刀都差,但应用范围较广。

3)90°车刀的应用

右偏刀一般用来车削工件的外圆和右向台阶。因为其主偏角较大,车外圆时的背向力较小,所以不易使工件产生径向弯曲。

左偏刀一般用来车削工件的外圆和左向台阶,也适用于车削直径较大且长度较短工件的端面。用右偏刀车时,如果车刀由工件外缘向中心进给,则是用副切削刃车削。当背吃刀量较大时,因切削力的作用会使车刀扎入工件而形成凹面,如图2.3-13所示。

图2.3-13 车刀扎入工件形成凹面

为防止产生凹面,可采用由中心向外缘进给的方法,利用主切削刃进行车削,但是,背吃刀量应小些。

2.90°车刀几何角度

1)车刀切削部分的几何要素

车刀由刀头(或刀片)和刀柄两部分组成。刀头担负切削工作,故又称为切削部分;刀柄用来把车刀装夹在刀架上。

如图2.3-14所示为车刀的结构,刀头由若干刀面和切削刃组成。

图2.3-14 车刀结构

(1)前面:刀具上切屑流过的表面称为前面,又称为前刀面。

(2)后面:分主后面和副后面。与工件上过渡表面相对的刀面称为主后面;与工件上已加工表面相对的刀面称为副后面。后面又称为后刀面,一般是指主后面。

(3)主切削刃:前面和主后面的交线称为主切削刃,它担负着主要的切削工作,与工件上过渡表面相切。

(4)副切削刃:前面和副后面的交线称为副切削刃,它配合主切削刃完成少量的切削工作。

(5)刀尖:主切削刃和副切削刃交会的一小段切削刃称为刀尖。为了提高刀尖强度和延长车刀寿命,将刀尖磨成圆弧形或直线形过渡刃。

(6)修光刃:副切削刃近刀尖处一小段平直的切削刃称为修光刃,它在切削时起修光已加工表面的作用。装刀时必须使修光刃与进给方向平行,且修光刃长度必须大于进给量,才能起修光作用。

组成车刀刀头上述组成部分的几何要素并不相同。例如,75°车刀由三个刀面、两条切削刃和一个刀尖组成;而45°车刀却有四个刀面(其中副后面两个)、三条切削刃(其中副切削刃两条)和两个刀尖。此外,切削刃可以是直线,也可以是曲线,如车成型面的成型刀就是曲线切削刃。

2)确定车刀角度的辅助平面

为了确定和测量车刀的角度,需要假想以下三个辅助平面作为基准,即切削平面、基面和截面。对车削而言,如果不考虑车刀安装和切削运动的影响,切削平面可以认为是铅垂面;基面是水平面;当主切削刃水平时,垂直于主切削刃所做的剖面为主剖面。如图2.3-15所示。

图2.3-15 确定车刀角度的辅助平面

3)车刀的主要角度及其作用

车刀的主要角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角。如图2.3-16所示。

图2.3-16 车刀的主要角度

(1)前角。前角在主剖面中测量,是前刀面与基面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利,便于切削。但前角不能太大,否则会削弱刀刃的强度,容易磨损甚至崩坏。加工塑性材料时,前角可选大些,如用硬质合金车刀切削钢件可取前角10°～20°,加工脆性材料,车刀的前角应比粗加工大,以利于刀刃锋利,工件的粗糙度小。

(2)后角。后角在主剖面中测量,是主后面与切削平面之间的夹角。其作用是减小车削时主后面与工件的摩擦,一般取后角6°～12°,粗车时取小值,精车时取大值。

(3)主偏角。主偏角Kr在基面中测量,它是主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角。其作用是:

①可改变主切削刃参加切削的长度,影响刀具寿命。

②影响径向切削力的大小。

小的主偏角可增加主切削刃参加切削的长度,因而散热较好,对延长刀具使用寿命有利。但在加工细长轴时,工件刚度不足,小的主偏角会使刀具作用在工件上的径向力增大,易产生弯曲和振动,因此,主偏角应选大些。

车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°等几种。如图2.3-17所示。

图2.3-17 车刀常用的主偏角

(a)Kr＝90°;(b)Kr＝60°;(c)Kr＝30°

(4)副偏角。副偏角在基面中测量,是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。其主要作用是减小副切削刃与已加工表面之间的摩擦,以改善已加工表面的精糙度。如图2.3-18所示。

在切削深度ap、进给量f、主偏角Kr相等的条件下,减小副偏角K′r,可减小车削后的残留面积,从而减小表面粗糙度,一般选取＝5°～15°。

图2.3-18 副偏角

(a)K′r＝60°;(b)K′r＝30°;(c)K′r＝15°

(5)刃倾角。刃倾角在切削平面中测量,是主切削刃与基面的夹角。其作用主要是控制切屑的流动方向。主切削刃与基面平行,刃倾角为0°;刀尖处于主切削刃的最低点,刃倾角为负值,刀尖强度增大,切屑流向已加工表面,用于粗加工;刀尖处于主切削刃的最高点,刃倾角为正值,刀尖强度削弱,切屑流向待加工表面,用于精加工。车刀刃倾角,一般在－5°～＋5°之间选取。如图2.3-19所示。

图2.3-19 刃倾角

(a)刃倾角为负值(用于粗加工);(b)刃倾角为正值(用于精加工);(c)刃倾角为零

3.刀具刃磨

车刀用钝后必须刃磨以恢复其合理的标注角度和形状。车刀有机械刃磨和手工刃磨两种刃磨方法,手工刃磨车刀是车工的基本功之一。

高速钢车刀宜用白色氧化铝砂轮(白刚玉)刃磨,硬质合金刀片宜用绿色碳化硅砂轮刃磨。粗磨时宜用小粒度号(如36或60)的砂轮,精磨时选用较大粒度号(如80或120)的砂轮。

(1)车刀刃磨的步骤如下:

车刀刃磨的一般顺序是:磨主后面→磨副后面→磨前刀面→磨刀尖圆弧。

通过顺序刃磨车刀刀头的三个面可获得车刀的各个标注角度。焊接式外圆车刀的刃磨方法见如图2.3-20所示。

图2.3-20 外圆车刀的刃磨方法

(a)刃磨主后面;(b)刃磨副后面;(c)刃磨前刀面;(d)磨出过渡刃;(e)磨出负倒棱;(f)研磨各面

首先粗磨,初步磨出各个角度。顺序为:按主偏角Kr大小使刀体向左偏,按主后角大小使刀头向上翘,刃磨主后面,磨出主偏角Kr和主后角(图2.3-20(a));接着按副偏角大小使刀体向右偏,按副后角大小使刀头向上翘,刃磨副后面,磨出副偏角和副后角(图2.3-20(b));再按前角大小使前刀面倾斜,按刃倾角大小使刀头向上翘或向下倾,刃磨前刀面,磨出前角和刃倾角(图2.3-20(c))。

粗磨完毕后进行精磨,以减小各刀面和切削刃的表面粗糙度,并使几何角度:符合要求。精磨顺序为:首先磨前刀面,同时磨出卷屑槽(可用平行砂轮的棱边刃磨);修磨主、副后刀面;然后将刀尖上翘并左右摆动,磨出有后角的过渡刃(图2.3-20(d));对硬质合金车刀,为提高其使用寿命,应将刀刃修磨出负倒棱(图2.3-20(e));最后,为减小各刃和各刀面粗糙度,要用加机油的油石贴平前、后刀面及刀尖处进行研磨,直至看不出磨削痕迹(图2.3-20(f))。

车刀刃磨后,还应用油石细磨各个刀面。这样,可有效地提高车刀的使用寿命和减小工件表面的粗糙度。

(2)刃磨车刀的姿势及方法是:

①人站立在砂轮机的侧面,以防砂轮碎裂时,碎片飞出伤人;

②两手握刀的距离放开,两肘夹紧腰部,以减小磨刀时的抖动;

③磨刀时,车刀要放在砂轮的水平中心,刀尖略向上翘3°～8°,车刀接触砂轮后应作左右方向水平移动。当车刀离开砂轮时,车刀需向上抬起,以防磨好的刀刃被砂轮碰伤;

④磨后刀面时,刀杆尾部向左偏过一个主偏角的角度;磨副后刀面时,刀杆尾部向右偏过一个副偏角的角度;

⑤修磨刀尖圆弧时,通常以左手握车刀前端为支点,用右手转动车刀的尾部。

4.砂轮使用及注意事项

1)砂轮

(1)实训车间用来刃磨刀具的砂轮有两种:一种是碳化硅砂轮,其磨料硬度高,切削性能好,但比较脆,适于刃磨硬质合金等硬度较高的材料;另一种是氧化铝砂轮,其磨料韧性好,但硬度较低,适于刃磨高速钢、碳素钢等刀具材料。

(2)刃磨刀具所选用的砂轮,其磨料和硬度都应与刀具材料相适应。否则不仅影响磨削效率,造成砂轮浪费,还会降低刀具的刃磨质量。例如,用氧化铝砂轮刃磨硬质合金刀具时,磨粒容易磨钝,而且被钝化的磨粒不易脱落,使砂轮切削能力和磨削效率降低,磨削热明显升高。反之,若用碳化硅砂轮刃磨高速钢刀具,磨粒还没被磨钝就会过早脱落,造成砂轮浪费,易使砂轮表面失真,造成刃磨质量下降。

硬质合金焊接车刀必须先在氧化铝砂轮上粗磨刀头上的非硬质合金部分,并且要使其主、副后角大于硬质合金刀片部分的主、副后角。

(3)新砂轮须经检查和运转试验方可使用。刃磨车刀时,操作者不要站在砂轮的正面,以防磨屑飞入眼睛和万一砂轮破碎飞出而使操作者受伤。进行刃磨操作时,一手紧握刀体以稳定刀身,另一手握刀头以掌握角度,用力要均匀,防止车刀猛撞砂轮和打滑伤手。磨后刀面时先使后刀面下部轻轻接触砂轮,然后再全面靠平,否则会磨掉刀刃。磨完后应先将刀刃离开砂轮,以免碰坏刀刃。车刀要在砂轮上左右移动,不可停留在一个地方,以使砂轮磨耗均匀,不出沟槽。刃磨高速钢车刀前角的目的,是为了使刀刃锋利,切削省力,减少刀具前面与切屑的摩擦和切屑的变形。而断屑槽的作用是使切屑本身产生内应力,强迫切屑变形而折断。

2)磨刀安全知识

(1)刃磨刀具前,应首先检查砂轮有无裂纹,砂轮轴螺母是否拧紧,并经试转后使用,以免砂轮碎裂或飞出伤人。

(2)刃磨刀具不能用力过大,否则会使手打滑而触及砂轮面,造成工伤事故。

(3)磨刀时应戴防护眼镜,以免砂砾和铁屑飞入眼中。

(4)磨刀时不要正对砂轮的旋转方向站立,以防意外。

(5)磨小刀头时,必须把小刀头装入刀杆上。

(6)砂轮支架与砂轮的间隙不得大于3mm,若发现过大,应调整适当。

三、实训图样

见图2.3-21。

四、实训步骤

外圆车刀刃磨的步骤如下:

(1)磨主后面,同时磨出主偏角及主后角;

(2)磨副后面,同时磨出副偏角及副后角;

(3)磨前刀面,同时磨出前角;

(4)修磨各刀面及刀尖。

图2.3-21 实训图样

五、注意事项

(1)刃磨刀具时,宜先用旧刀练习。

(2)断屑槽的宽度要磨均匀,防止将沟槽磨斜,过深或过浅。

(3)要防止将前角磨坍。

(4)由于车刀和砂轮接触时容易打滑,必须注意安全。

(5)刃磨后,要正确的使用油石修整刀刃。

(6)刃磨时,两手握稳车刀,刀杆靠于支架,使受磨面轻贴砂轮。切勿用力过猛,以免挤碎砂轮,造成事故。

(7)应将刃磨的车刀在砂轮圆周面上左右移动,使砂轮磨耗均匀,不出沟槽。避免在砂轮两侧面用力粗磨车刀,以至砂轮受力偏摆,跳动,甚至破碎。

(8)刀头磨热时,即应沾水冷却,以免刀头因温升过高而退火软化。磨硬质合金车刀时,刀头不应沾水,避免刀片沾水急冷而产生裂纹。

(9)不要站在砂轮的正面刃磨车刀,以防砂轮破碎时使操作者受伤。