刀具斷屑不可靠的原因分析及解決方法建議收藏

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(jī)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(jī)床（加工中心）等自動化加工機(jī)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(jī)床的自動循環(huán)，甚至破壞整條自動線正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以在設(shè)計(jì)、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(jī)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(jī)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(xì)碎的切屑，因?yàn)樗菀浊度霗C(jī)床導(dǎo)軌和刀具裝置的一些重要部位（如基準(zhǔn)面），這樣不僅需要附加防護(hù)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(jī)床（加工中心）等自動化機(jī)床上，應(yīng)保證其穩(wěn)定的卷屑。1切屑形狀的分類根據(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(diǎn)。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(jìn)給量車削鋼件進(jìn)，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(jī)床或自動線加工時，希望得到此形屑，因?yàn)檫@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(jī)床。若采用卷屑措施，則可使切屑連成短卷狀?？傊邢骷庸さ木唧w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。2切屑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(dāng)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(qiáng)度、高塑性、高韌性的材料時，應(yīng)當(dāng)設(shè)法增大切屑的變形，以降低它的塑性和韌性，便于達(dá)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(fù)倒棱、切削速度三項(xiàng)。前角越小，負(fù)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(fù)倒棱，降低切削速度可作為促進(jìn)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?yàn)樵诖蠖鄶?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(dá)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(jìn)一步硬化和脆化，當(dāng)它碰撞到工件或后刀面上時，就很容易被折斷了。3斷屑槽對斷（卷）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(shí)現(xiàn)控制切屑的卷曲與折斷。為了更好地認(rèn)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(dāng)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?yàn)榧庸じ咚苄圆牧蠒r，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(jiān)固，另外槽也較淺，便于流屑，故比較實(shí)用。2、斷屑槽的寬度斷屑槽寬度B與進(jìn)給量f、切削深度ap有關(guān)，當(dāng)進(jìn)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(dāng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)ap大時，B也應(yīng)當(dāng)大些；而ap小，則B應(yīng)適當(dāng)減小。因?yàn)楫?dāng)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(dāng)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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。4幾種常用的斷屑方法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(shí)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(jī)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(jì)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(jì)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(jī)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(jī)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(qiáng)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(jìn)行鏜削。采用這種方法