01 斷屑槽發(fā)展歷史
隨著可轉(zhuǎn)位刀具技術(shù)、粉末冶金技術(shù)的發(fā)展,斷屑槽的槽型及其功能越來越復(fù)雜、豐富,除了傳統(tǒng)的直槽、斜槽及曲線刃等基本槽型外,還出現(xiàn)了各種形狀的凸起、凹坑和曲面槽等槽型。
對(duì)斷屑槽槽型的歷史發(fā)展階段進(jìn)行總結(jié),可分為4 個(gè)階段 ,即月牙洼式斷屑槽階段、障礙型斷屑器階段、斷屑方向研究階段及三維斷屑槽階段,如下圖所示。
02 斷屑槽槽型分類
傳統(tǒng)斷屑槽可分為直線型、圓弧型和直線圓弧型3 種,槽型結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。
斷屑效果在一定程度上可以使用切屑的卷曲半徑來衡量。且斷屑槽槽型曲率越小,切屑的卷曲半徑就越小,切屑變形量就越大,更容易發(fā)生折斷。
直線圓弧型斷屑槽由1段直線和1段圓弧連接而成。直線部分用來引導(dǎo)切屑排出,后一段圓弧使切屑卷曲,進(jìn)而發(fā)生變形、折斷。
圓弧部分直徑越小,切屑越容易折斷。
直線型斷屑槽由2段直線相交而成,其槽底角為斷屑臺(tái)楔角的補(bǔ)角。
槽底角在圖b 所示模型中代替了圖a 和圖c 這2 種模型中槽底圓弧半徑R 的作用,即切屑將在2 段直線相交處之前碰到后槽面,碰到后槽面直接卷曲變形,此時(shí)槽底角越小,切屑曲率和卷曲半徑越小,切屑越容易折斷。
圓弧型斷屑槽相比于前兩者而言,其前角相對(duì)較大,前角的增大意味著切屑卷曲半徑減小,切屑的變形量就越大,越容易折斷,因此多用于切削紫銅等高塑性材料。
并且,由于其全圓弧結(jié)構(gòu),槽深相對(duì)較小,流屑更通暢,在工程中實(shí)用性更好。
03 斷屑槽參數(shù)分析
斷屑槽槽型基本結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。
本文以直線圓弧型斷屑槽為例說明斷屑槽幾何參數(shù)對(duì)斷屑性能的影響。
上圖中,br 為負(fù)倒棱寬度;Wn 為主切削刃斷屑槽的法向槽寬(簡稱槽寬);γ0為斷屑槽刀具前角(簡稱前角);γ1 為負(fù)倒棱前角;h 為刃口高度;H 為斷屑槽的深度(簡稱槽深)。
圖中各個(gè)參數(shù)的改變會(huì)直接影響斷屑槽的槽型及其斷屑性能。綜合文獻(xiàn)可得出以下結(jié)論:
1 設(shè)置負(fù)倒棱可增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度,負(fù)倒棱寬度越大,刀尖越鈍,切削力越大;負(fù)倒棱寬度過小則會(huì)導(dǎo)致刀尖強(qiáng)度變差,影響刀具壽命,因此負(fù)倒棱寬度存在一個(gè)優(yōu)值。
2 斷屑槽刀具前角越大,切屑變形量越大,其卷曲半徑越小,切屑越容易折斷。
3 槽寬和槽深是影響斷屑的主要因素,在設(shè)計(jì)斷屑槽槽型時(shí),槽寬與槽深對(duì)切屑折斷的影響是相互關(guān)聯(lián)的,在選擇槽型幾何參數(shù)時(shí),通常將槽寬與槽深之比作為一個(gè)參數(shù)來考慮。
一般來說,槽寬過大切屑不易折斷,而過小易造成切屑堵塞,因此在粗加工時(shí)可選用較大的槽寬,精加工時(shí)可選用較小的槽寬,槽深在槽寬確定的前提下,選擇較小的數(shù)值。
4 刃口高度對(duì)斷屑性能的影響同樣受槽深的影響,在相同的槽深下,減小刃口高度則會(huì)使前角增大,導(dǎo)致切屑變形量減小、切削力減小、切屑不易折斷,以及刀具刃口強(qiáng)度降低。
若增大刃口高度,會(huì)使槽背對(duì)切屑的阻礙加強(qiáng),使切屑更易折斷。
5 反屑角是槽背的切線與刀具前刀面之間的夾角,反屑角越大,切屑越容易折斷。
除了斷屑槽刀具前角對(duì)斷屑性能影響較大,其他角度參數(shù)對(duì)斷屑性能亦有一定的影響,其中影響最大的就是主偏角和刃傾角。
主偏角主要影響的是切削的厚度和寬度,當(dāng)主偏角增大,會(huì)使切屑變得窄而厚,切屑更易折斷。
刃傾角主要影響切屑的流出方向,刃傾角大于零,切屑則流向待加工表面,可用于精加工;刃傾角小于零,切屑流向已加工表面,影響表面加工質(zhì)量。綜合考慮刀具尺寸,刃傾角一般選取5°~15°。