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刀具斷屑不可靠的原因分析和解決方法
閱讀:750 發(fā)布時(shí)間:2013-4-16在切削加工中,崩碎切屑會(huì)飛濺傷人,并易研損機(jī)床;而長(zhǎng)條帶狀切屑會(huì)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(duì)于數(shù)控機(jī)床(加工中心)等自動(dòng)化加工機(jī)床,由于其刀具數(shù)量較多,刀架與刀具密切,斷屑問(wèn)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(dòng)循環(huán),甚至破壞整條自動(dòng)線正常運(yùn)轉(zhuǎn),所以在設(shè)計(jì)、選用或刃磨刀具時(shí),必須考慮刀具斷屑的可靠性。而對(duì)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(shí),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(guò)早磨損并竭力防止其破損;
切屑流出時(shí),不妨礙切削液的噴注;
切屑不會(huì)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(duì)切屑長(zhǎng)度還有不同要求。例如一般粗車鋼料的zui大切屑長(zhǎng)度為100mm左右;精車則應(yīng)稍長(zhǎng)。要避免過(guò)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(lái)一定的困難。
對(duì)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(dòng)化機(jī)床上,應(yīng)保證其穩(wěn)定的卷屑。
一、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(zhǎng)緊螺卷屑、螺卷屑等。
(1)帶狀屑:高速切削塑性金屬材料時(shí),如不采取斷屑措施,極易形成帶狀屑,此形屑連綿不斷,常會(huì)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(shí)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(shí)。
(2)C 形屑:車削一般的碳鋼、合金鋼材料時(shí),如采用帶有斷屑槽的車刀則易形成C 形屑。C 形屑沒(méi)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(huì)影響切削過(guò)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(shí)一般不希望得到C形屑.而多希望得到長(zhǎng)螺卷屑 ,使切削過(guò)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,基至?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(zhǎng)緊卷屑:長(zhǎng)緊卷屑形成過(guò)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(dòng)線加工時(shí),希望得到此形屑,因?yàn)檫@樣的切屑不會(huì)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(shí),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。
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、切屑折斷的原理
金屬切削過(guò)程中,切屑是否容易折斷,與切屑的變形有直接,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(guò)程中所形成的切屑,由于經(jīng)過(guò)了比較大的塑性變形,它的硬度將會(huì)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(guò)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(shí)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(shí),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:
*部分是切削過(guò)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(shí)所測(cè)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(dòng)和卷曲過(guò)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(guò)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zui簡(jiǎn)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(shí)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(shí),就很容易被折斷了。
三、斷屑槽對(duì)斷(卷)屑的影響
斷屑槽不僅對(duì)切屑起著附加變形的作用,而且對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)控制切屑的卷曲與折斷。為了更好地認(rèn)識(shí)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(duì)切屑形狀與切屑折斷的影響。
(一)、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
l、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(duì)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?。?。在中等切深下(切深ap=2~6mm ) ,一般可選
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(tái)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(tái)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:
當(dāng)切削紫銅、不銹鋼等高塑性材料時(shí),常選用全圓弧型斷屑槽。因?yàn)榧庸じ咚苄圆牧蠒r(shí),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。
幾種常用的斷屑方法
(一)利用斷屑槽:
如前所述,斷屑槽不僅對(duì)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(jiǎn)便。這種方法是切削加工中應(yīng)的方法,也是應(yīng)用zui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
(二)利用斷屑器
在車刀前刀面上裝一個(gè)擋屑板1,切屑沿刀具的前面流出時(shí),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(kāi)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。
(三)利用在工件表面上的預(yù)先開(kāi)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(kāi)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(shí),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(shí),在用其他方法很難斷屑時(shí),則可在被加工表面上拉削出縱向溝槽,再進(jìn)行鏜削。采用這種方法能顯出其*的優(yōu)點(diǎn)。
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(fù)倒棱;降低切削速度;加大進(jìn)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(huì)帶來(lái)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(dòng)線上很少采用,有時(shí)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(shí)就采用這種方法。