刀具斷屑不可靠的原因分析及解決方法

一往冇前 · 發(fā)表于 2022-9-23 14:03:34

刀具斷屑可靠與否,，對正常生產(chǎn)與操作者安全都有著重大影響,。在切削加工中,，崩碎切屑會飛濺傷人,，并易研損機床,；而長條帶狀切屑會纏繞在工件或刀具上,，易刮傷工件,，引發(fā)刀具破損,，甚至影響工人安全。

對于數(shù)控機床（加工中心）等自動化加工機床,，由于其刀具數(shù)量較多,，刀架與刀具聯(lián)系密切,，斷屑問題就顯得更為重要，只要其中—把刀斷屑不可靠,，就可能破壞機床的自動循環(huán),，甚至破壞整條自動線正常運轉(zhuǎn)，所以在設(shè)計,、選用或刃磨刀具時,，必須考慮刀具斷屑的可靠性。而對于數(shù)控機床（加工中心）等,，并應(yīng)滿足下列要求：

切屑不得纏繞在刀具,、工件及其相鄰的工具、裝備上,；

切屑不得飛濺,，以保證操作者與觀察者的安全；

精加工時,，切屑不可劃傷工件的已加工表面,，影響已加工表面的質(zhì)量；

保證刀具預(yù)定的耐用度,，不能過早磨損并竭力防止其破損,；

切屑流出時，不妨礙切削液的噴注,；

切屑不會劃傷機床導(dǎo)軌或其他部件等,。

在滿足上述要求的基礎(chǔ)上，不同刀具對切屑長度還有不同要求,。例如一般粗車鋼料的最大切屑長度為100mm左右,；精車則應(yīng)稍長。要避免過于細碎的切屑,，因為它容易嵌入機床導(dǎo)軌和刀具裝置的一些重要部位（如基準面）,，這樣不僅需要附加防護裝置，還給清除切屑帶來一定的困難,。

對于某些不易斷屑的刀具,，如成形車刀、切槽車刀和切斷車刀等,，在數(shù)控機床（加工中心）等自動化機床上,，應(yīng)保證其穩(wěn)定的卷屑。

一,、切齒形狀的分類

根據(jù)工件材料、刀具幾何參數(shù)和切削用量等的具體情況,，切屑形狀一般有：帶狀屑,、C 形屑,、崩碎屑、寶塔狀卷屑,、發(fā)條狀卷屑,、長緊螺卷屑、螺卷屑等,。

1,、帶狀屑

高速切削塑性金屬材料時，如不采取斷屑措施,，極易形成帶狀屑,，此形屑連綿不斷，常會纏繞在工件或刀具上,，易劃傷工件表面或打壞刀具的切削刃,、甚至傷人，因此應(yīng)盡量避免形成帶狀屑,。

但有時也希望得到帶狀屑,，以使切屑能順利排出。例如在立式鏜床上鏜盲孔時,。

2,、C形屑

車削一般的碳鋼、合金鋼材料時,，如采用帶有斷屑槽的車刀則易形成C形屑,。C形屑沒有了帶狀屑的缺點。但C形屑多數(shù)是碰撞在車刀后刀面或工件表面而折斷的,。切屑高頻率的碰斷和折斷會影響切削過程的平穩(wěn)性,，從而影響已加工表面的粗糙度。所以,，精加工時一般不希望得到C形屑．而多希望得到長螺卷屑,，使切削過程比較平穩(wěn)。

3,、發(fā)條狀卷屑

在重型車床上用大切深,、大進給量車削鋼件進，切屑又寬又厚,，若形成C形屑則容易損傷切削刃,，甚至?xí)w崩傷人。所以通常將斷屑槽的槽底圓弧半徑加大,，使切屑成發(fā)條狀在加工表面上碰撞折斷,，并靠其自重墜落。

4,、長緊卷屑

長緊卷屑形成過程比較平穩(wěn),，清理也方便,，在普通車床上是一種比較好的屑形。

5,、寶塔狀卷屑

數(shù)控加工,、機床或自動線加工時，希望得到此形屑,，因為這樣的切屑不會纏繞在刀具和工件上,。而且清理也方便。

6,、崩碎屑

在車削鑄鐵,、脆黃銅、鑄青銅等脆性材料時,，極易形成針狀或碎片狀的崩碎屑,，既易飛濺傷人、又易研損機床,。若采用卷屑措施,，則可使切屑連成短卷狀。

總之,，切削加工的具體條件不同,，希望得到切屑的形狀也不同，但不論什么形狀的切屑,，都要斷屑可靠,。

二、切削折斷的原理

金屬切削過程中,，切屑是否容易折斷,，與切屑的變形有直接聯(lián)系，所以研究切屑折斷原理必須從研究切屑變形的規(guī)律入手,。

切削過程中所形成的切屑,，由于經(jīng)過了比較大的塑性變形，它的硬度將會有所提高,，而塑性和韌性則顯著降低,，這種現(xiàn)象叫冷作硬化。經(jīng)過冷作硬化以后,，切屑變得硬而脆,，當它受到交變的彎曲或沖擊載荷時就容易折斷。切屑所經(jīng)受的塑性變形越大,，硬脆現(xiàn)象越顯著,，折斷也就越容易。在切削難斷屑的高強度,、高塑性,、高韌性的材料時,，應(yīng)當設(shè)法增大切屑的變形,，以降低它的塑性和韌性,，便于達到斷屑的目的。

切屑的變形可以由兩部分組成：

第一部分是切削過程中所形成的,，我們稱之為基本變形,。用平前刀面車刀自由切削時所測得的切屑變形，比較接近于基本變形的數(shù)值,。影響基本變形的主要因素有刀具前角,、負倒棱、切削速度三項,。前角越小,，負倒棱越寬、切削速度越低,，則切屑的變形越大,，越有利于斷屑。所以,，減小前角,、加寬負倒棱，降低切削速度可作為促進斷屑的措施,。

第二部分是切屑在流動和卷曲過程中所受的變形,，我們稱之為附加變形。因為在大多數(shù)情況下,，僅有切削過程中的基本變形還不能使切屑折斷,，必須再增加一次附加變形，才能達到硬化和折斷的目的,。迫使切屑經(jīng)受附加變形的最簡便的方法,，就是在前刀面上磨出（或壓制出）一定形狀的斷屑槽，迫使切屑流入斷屑槽時再卷曲變形,。切屑經(jīng)受附加的再卷曲變形以后,，進一步硬化和脆化，當它碰撞到工件或后刀面上時,，就很容易被折斷了,。

三、斷屑槽對斷（巻）屑的影響

斷屑槽不僅對切屑起著附加變形的作用,，而且對切屑的形狀和切屑的折斷有著重要的影響,。在切削加工中，人們就是利用斷屑槽的不同形狀,、尺寸及斷屑槽與主切削刃的傾斜角,，來實現(xiàn)控制切屑的卷曲與折斷,。為了更好地認識和掌握這些規(guī)律，我們就具體分析一下斷屑槽的形狀,、尺寸及斷屑槽與主切削刃的傾斜角度對切屑形狀與切屑折斷的影響,。

1、斷屑槽的形狀

斷屑槽的形狀有直線圓弧型,，直線型和全圓弧型三種,。

斷屑槽的形狀

（1）直線圓弧型斷屑槽由一段直線和一段圓弧連接而成。直線部分構(gòu)成刀具的前刀面,，槽底圓弧半徑Rn的大小對切屑的卷曲和變形有一定的影響,。Rn小，則切屑卷曲半徑小,，而切屑變形大,；Rn大，則切屑卷曲半徑大,，而切屑變形小,。在中等切深下(切深ap=2～6mm ) ，一般可選Rn=( 0.4～0.7 ) B ,B 為斷屑槽的寬度,。

（2）直線型斷屑槽由兩段直線相交而成,，其槽底角為180°-σ（σ稱為斷屑臺楔角）,，槽底角（180°-σ）代替了圓弧Rn 的作用。槽底角小，則切屑的卷曲半徑小,，切屑變形大,；槽底角大,，則切屑的卷曲半徑大,，切屑變形小。在中等切深下,，斷屑臺楔角一般選用60°～70°,。

上述兩種形狀斷屑槽適用于加工碳素鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼，一般前角在γ,。在5~15°范圍內(nèi),。

（3）全圓弧型斷屑槽的主要參數(shù)槽寬B 、槽底圓弧半徑Rn和前角γ,。之間的關(guān)系為：

注：見圖5C

當切削紫銅,、不銹鋼等高塑性材料時，常選用全圓弧型斷屑槽,。因為加工高塑性材料時,，刀具前角選得比較大（γ0=25°~30°）同樣大的前角，全圓弧斷屑槽刀具的切削刃比較堅固，另外槽也較淺,，便于流屑,，故比較實用。

2,、斷屑槽的寬度

斷屑槽寬度B與進給量f ,、切削深度ap有關(guān)，當進給量f增大時,，切削厚度增大,，斷屑槽的寬度應(yīng)相應(yīng)加寬；切削深度大,，槽也應(yīng)適當加寬。

固定不變,，斷屑槽寬度B的變化對切屑卷曲和變形的影響,。圖9a是槽寬與進給量基本適應(yīng)，切屑經(jīng)卷曲變形后碰撞折斷成C形,；圖9b是槽不夠?qū)�,，切屑卷曲半徑小，變形大,，碰撞后折斷成短C形或形成崩碎小片,；圖9c則是槽太窄了，切屑擠成小卷堵塞在槽中很難流出來,，造成憋屑甚至?xí)驂那邢魅�,；圖9d、e則是槽太寬了,，切屑卷曲半徑太大,，變形不夠，不易折斷,，有時甚至不流經(jīng)槽底而自由形成帶狀屑,。

如果用進給量初選斷屑槽的寬度，粗略地說,，對于切削中碳鋼,，寬度B與進給量f 的關(guān)系約為B=10f ；而切削合金鋼時,，為增大切屑變形,，可取B＝7f 。

斷屑槽的寬度B也應(yīng)與切削深度ap相適應(yīng),。一般也可以粗略地依據(jù)ap來選擇槽寬B,，當ap大時，B也應(yīng)當大些；而ap小,，則B應(yīng)適當減小,。因為當切深大而槽太窄時，切屑寬,，不易在槽中卷曲,，這樣，切屑往往不流入槽底而自行形成帶狀屑,；當切深小而槽太寬時,，切屑窄，流動比較自由,，變形不夠充分,，也不易折斷。

3,、斷屑槽與主切削刃的傾斜角

斷屑槽與主切削刃的傾斜方式常用的有外斜式,、平行式、和內(nèi)斜式三種,。

（1）外斜式

外斜式的斷屑槽,，前寬后窄，前深后淺,。

外斜式斷屑槽的切屑卷曲變形大,，如圖11所示，在靠近工件外圓表面A處的切削速度最高而槽窄,，切屑最先受阻而卷曲,，且卷曲半徑小，變形大,；而在刀尖B處,，切削速度低而槽寬，切屑最后以較大卷曲半徑卷曲,，這就會產(chǎn)生一個力,，使切屑翻轉(zhuǎn)到后刀面或待加工表面上，經(jīng)碰撞后折斷而形成C 形屑,。

這種形式的斷屑槽,。在中等切深時斷屑范圍較寬，斷屑效果穩(wěn)定可靠,，生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛,。傾斜角τ的數(shù)值主要按工件材料確定，一般切削中碳鋼時,，取τ=8°~10°切削合金鋼時,，為增大切屑變形，取τ=10°~15°。

但在大切深時,，由于靠近工件外圓表面A 處（見圖11）斷屑槽寬度太小,，切屑容易阻塞，甚至切屑打壞切削刃,，所以一般多改用平行式,。

（2）平行式

平行式斷屑槽的切屑變形不如外斜式大，切屑大多是碰在工件加工表面上折斷,。

切屑中碳鋼時,，平行式斷屑槽的斷屑效果與外斜式基本相仿，但進給量應(yīng)略加大一些,，以增大切屑的附加卷曲變形,。

（3）內(nèi)斜式

內(nèi)斜式斷屑槽（見圖12 ）在工件外圓表面A處最寬，而在刀尖B處最窄,。所以切屑常常是在B處先卷曲成小卷,，而在A處則卷成大卷。當主切削刃的刃傾角取成3°~5°時,，切屑容易形成連續(xù)的長緊卷屑。內(nèi)斜式斷屑槽與主切削刃的傾斜角一般取τ=8°~10°,，內(nèi)斜式斷屑槽形成長緊卷屑的切削用量范圍相當窄,，所以它在生產(chǎn)中應(yīng)用不如外斜式和平行式普遍，主要是應(yīng)用于精車或半精車,。

四,、幾種常見的斷屑方法

1、利用斷屑槽

如前所述,，斷屑槽不僅對切屑起附加變形的作用．而且還能實現(xiàn)控制切屑的卷曲與折斷,。只要斷屑槽的形狀、尺寸及斷屑槽與主切削刃的傾斜角合適,，斷屑則是可靠的,。不論是焊接式刀具還是機夾式刀具，是重磨式刀具還是不重磨式刀具都可采用,。

為了適用不同的切削用量范圍,。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片上壓制有多種形狀及不同尺寸的斷屑槽，便于選用,，這樣既經(jīng)濟又簡便,。這種方法是切削加工中應(yīng)首選的方法，也是應(yīng)用最廣泛的方法,。

不足之處是刀具合理幾何參數(shù)的確定,，受到斷屑要求的牽制。

2、利用斷屑器

斷屑器有固定式和可調(diào)節(jié)式兩種,。圖13 為車刀上的可調(diào)節(jié)式斷屑器,。

在車刀前刀面上裝一個擋屑板1，切屑沿刀具的前面流出時,，因受擋屑板1所阻而彎曲折斷,。斷屑器的參數(shù)Ln和α可按需要設(shè)計和調(diào)整，以保證在給定的切削條件下,，斷屑穩(wěn)定可靠,。松開螺釘3 , 在彈簧4 的作用下，可使擋屑板1和壓板2一起抬起,，便于擋屑板調(diào)整和刀片的快速轉(zhuǎn)位與更換,。這種斷屑器常用于大、中型機床的刀具上,。

3,、利用斷屑裝置

斷屑裝置類型很多，一般可分為機械式,，液壓式和電氣式等,，斷屑裝置成本高，但斷屑是穩(wěn)定可靠的,，一般只用于自動線上,。圖14為用于車刀上的帶有切斷器的斷屑裝置示意圖。車削時,，切屑通過導(dǎo)屑通道2流出,，被不斷旋轉(zhuǎn)的盤形切斷器3強行割斷，被割斷后的切屑則從排屑道6排出,。切斷器是由傳動軸4帶動的,。圖中1 為車刀。

4,、利用在工件表面上的預(yù)先開槽的方法

按工件直徑大小不同,，預(yù)先在被加工表面上沿工件軸向開出一條或數(shù)條溝槽，其深度略小于切削深度,，使切出的切屑形成薄弱截面,，從而折斷。這樣,，既保證了可靠的斷屑,，又不影響工件已加工表面的粗糙度。即使加工韌性較大的材料時,，斷屑效果也很好,。例如在精鏜韌性較大的工件材料（如40Cr等）時,，在用其他方法很難斷屑時，則可在被加工表面上拉削出縱向溝槽,，再進行鏜削,。采用這種方法能顯出其獨特的優(yōu)點。

5,、改變刀具幾何參數(shù)和調(diào)整切削用量

由前面所述的切屑折斷原理可知,，減小刀具前角；增大主偏角,；在主切削刃上磨出負倒棱,；降低切削速度；加大進給量以及改變主切削刃形狀等都能促使切屑折斷,。但是,，采取這些方法斷屑，常會帶來一些不良后果,，如生產(chǎn)率下降,，工件表面質(zhì)量惡化、切削力增大等,，這種方法,，在自動線上很少采用，有時只作為斷屑的輔助手段,。

此外,，采用切削液可以降低切屑的塑性和韌性，也有利于斷屑,。提高切削液壓力更能促使切屑折斷，孔加工中,，有時就采用這種方法,。

yehongwei · 發(fā)表于 2022-9-23 15:17:03

干貨

LB老沈 · 發(fā)表于 2022-9-24 08:23:52

好棒的文章，謝謝推薦,！

dtltc123 · 發(fā)表于 2022-9-26 09:12:33

感謝分享

非標刀具定制 · 發(fā)表于 2023-1-13 13:28:33

不錯的帖子

yeyang916 · 發(fā)表于 2023-3-10 10:05:21

好文章,，值得反復(fù)學(xué)習(xí)

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