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家具頭條|三招解決車削加工中的斷屑問題!

來源: 機械迷    發(fā)布時間 2024-12-23 點贊量:0    閱讀量: 2635

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(zhǔn)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(見圖1)。

圖1

(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(見圖2)。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(見圖3),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,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(見圖4)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(dāng)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(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。

(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(見圖5 )

1、直線圓弧型斷屑槽(見圖5a)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?。ㄒ妶D6)。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(見圖5b)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(見圖7)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(見圖5c)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,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(見圖8 )

(二)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(dāng)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(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)挘行季砬霃叫?,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)驂那邢魅校粓D9d、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(dāng)ap大時,B也應(yīng)當(dāng)大些;而ap小,則B應(yīng)適當(dāng)減小。因為當(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。

(三)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(見圖10 )

1 、外斜式見圖(10a)

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(見圖l0b)

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(見圖10c)

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。

四、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

(二)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。

(三)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。

(四)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。

(五)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。

文章來源:木業(yè)刀鋸聯(lián)盟

版權(quán)歸原作者所有,觀點僅代表作者本人,不代表家具頭條立場。


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