由于制造业的发展进步，刀具将会向多功能的复合刀具方向发展。涂层材料的不断更新和涂层技术不断的发展，涂层刀具的领域也在不断扩大。面对日益增多的难加工的复合材料，就需要更加优质的刀具材料和更先进的涂层技术，再配以合理的刀具结构，才能切削顺畅，提高切削加工效率。

1.2.2 自由切削理论

    金属切削过程可分为自由切削和非自由切削，非自由切削指各段刀刃的排屑存在干扰。实际切削加工中大多为非自由切削，具有变形剧烈、温度高、刀具磨损快、加工表面易氧化的特征。而实现自由切削可以减少非自由切削带来的不良影响。实现自由切削就要让所有单元刀具的自然排屑刚好组成刚体运动。不管什么形状的刀具，只要合理设计便于疏导排屑的刀刃和前刀面，就能消除排屑干扰，实现自由切削。那么，如何做到呢？

Stabler法则给出了关于自然排屑角Фλ0与刃倾角λs之间的一个经验公式，公式表明当排屑角与刃倾角大致相等时，通过合理设计刀刃各点的刃倾角就可以疏导排屑，减小排屑的相互干扰。金属加工过程实现自由切削的充要条件是：所有单元刀具的自然排屑向量刚好组成刚体运动。也就是说，把经过选择的单元刀具合理组合在一起就可以实现自由切削。单元刀具的选择和组合最简单的是直纹面切削刀具模型。如图1.1：

 直纹面切削刀具模型

Stabler是这样定义的:设V1为切削速度方向的单位向量，Vc1为排屑速度方向的单位向量。以V1和Vc1合成为法向矢量的平面称为Stabler平面。如图1.2：

  Stabler平面

将自由刀具设计的基本理论应用到硬质合金刀片上的关键是确定刀刃和前刀面的形状，直纹面自由切削刀具的刀刃必为Stabler平面内的一条曲线。所以只要给出直纹面曲线的方位，流屑方向和切削速度方向就可以求出Stabler平面，由Stabler平面和刀具后刀面相交即可求出刀刃,源^自!优尔/文-论/文*网[www.youerw.com，将直纹面母线沿刀刃平移，就可以得到前刀面。从几何关系上，可以看出，OC是∠ACB平分线，因此，直角△AOC和△BOC全等，OA=OB。

所以依据自由切削理论设计出的刀片的主、副刀刃之间的过渡部分，是半径相等的柱面，并且主、副刀刃的前刀面与过渡平面相切。

1.3 课题研究的目的与意义

   本课题选择硬质合金切断刀作为研究对象，硬质合金切断刀在金属切削过程中消耗量很大、对切削质量和效率有关键影响。并且在研究车床专用切断刀基础上，进一步探讨刀具结构设计的新方法，进而研制出高性能、低成本、切削效率更高的新型切断切槽刀。

1.4 课题来源和研究的主要内容

（1） 通过对切屑形成机理的研究，分析在加工过程刀具与排屑间的一系列物理现象，研究切削过程的变形与积屑瘤的成因，对切削力做出定量的分析，指出切削力的影响因素，引出切削震颤。

 （2） 阐述切削震颤的现象及其弊端，通过分析，引出自由切削理论。自由切削的实质是：合理设计刀具的前刀面，用合理分布的刃倾角来疏导排屑，从而减轻排屑的干扰。

 （3） 对切断刀进行结构参数优化。通过对双柱面切断刀切削机理的分析，对其刀头进行结构改进，然后采用合适的刀具材料和合理的热处理方式，最后加以

涂层，更好地优化刀具。

第二章 切削机理的研究

2.1 切屑形成机理

    切屑形成是一个复杂过程，在不同条件下切屑的形成机理是不一样的，因而切屑会呈现不同形态。在对塑性材料进行切削加工时由于工件材料剪切滑移而形成切屑，所以切屑的形态有带状、挤裂、单元型；但对脆性材料进行加工时，由于工件中的裂纹扩展，形成切屑，所以其形态主要为崩碎状，但在某些条件下，切屑形状也会呈连续带状或剪切型。切屑按几何形状归纳有四种类型，