当刀具断屑不可靠的原因分析

刀具断屑不可靠的原因分析

刀具断屑可靠与否，对正常生产与操作者安全都有着重大影响。在切削加工中，崩碎切屑会飞溅伤人，并易研损机床；而长条带状切屑会缠绕在工件或刀具上，易刮伤工件，引发刀具破损，甚至影响工人安全。对于数控机床(加工中心)等自动化加工机床，由于其刀具数量较多，刀架与刀具联系密切，断屑问题就显得更为重要，只要其中 把刀断屑不可靠，就可能破坏机床的自动循环，甚至破并希望生产厂商更多生产可降解胶带坏整条自动线正常运转，所以在设计、选用或刃磨刀具时，必须考虑刀具断屑的可靠性。而对于数控机床(加工中心)等，并应满足下列要求：

切屑不得缠绕在刀具、工件及其相邻的工具、装备上；

切屑不得飞溅，以保证操作者与观察者的安全；

精加工时，切屑不可划伤工件的已加工表面，影响已加工表面的质量；

保证刀具预定的耐用度，不能过早磨损并竭力防止其破损；

切屑流出时，不妨碍切削液的喷注；

切屑不会划伤机床导轨或其他部件等。

在满足上述要求的基础上，不同刀具对切屑长度还有不同要求。例如一般粗车钢料的最大切屑长度为100mm左右；精车则应稍长。要避免过于细碎的切屑，因为它容易嵌入机床导轨和刀具装置的一些重要部位(如基准面)，这样不仅需要附加防护装置，还给清除切屑带来一定的困难。

对于某些不易断屑的刀具，如成形车刀、切槽车刀和切断车刀等，在数控机床(加工中心)等自动化机床上，应保证其稳定的卷屑。

一、切屑形状的分类

根据工件材料、刀具几何参数和切削用量等的具体情况，切屑形状一般有：带状屑、C形屑、崩碎屑、宝塔状卷屑、发条状卷屑、长紧螺卷屑、螺卷屑等(见图1)。

( l )带状屑(见图1a)：高速切削塑性金属材料时，如不采取断屑措施，极易形成带状屑，此形屑连绵不断，常会缠绕在工件或刀具上，易划伤工件表面或打坏刀具的切削刃、甚至伤人，因此应尽量避免形成带状屑。

但有时也希望得到带状屑，以使切屑能顺利排出。例如在立式镗床上镗盲孔时。

(2)C形屑(见图1 b)：车削一般的碳钢、合金钢材料时，如采用带有断屑槽的车刀则易形成C形屑。C形屑没有了带状屑的缺点。但C形屑多数是碰撞在车刀后刀面或工件表面而折断的(见图2)。切屑高频率的碰断和折断会影响切削过程的平稳性，从而影响已加工表面的粗糙度。所以，精加工时一般不希望得到C形屑.而多希望得到长螺卷屑(见图3)，使切削过程比较平稳。

(3)发条状卷屑(见图1f)：在重型车床上用大切深、大进给量车削钢件进，切屑又宽又厚，若形成C形屑则容易损伤切削刃，基至会飞崩伤人。所以通常将断屑槽的槽底圆弧半径加大，使切屑成发条状(见图4)在加工表面上碰撞折断，并靠其自重坠落。 ( 4)长紧卷屑(见图1e)：长紧卷屑形成过程比较平稳，清理也方便，在普通车床上是一种比较好的屑形。

( 5)宝塔状卷屑〔见图1d )：数控加工、机床或自动线加工时，希望得到此形屑，因为这样的切屑不会缠绕在刀具和工件上。而且清理也方便。

( 6)崩碎屑(见图1c )：在车削铸铁、脆黄铜、铸青铜等脆性材料时，极易形成针状或碎片状的崩碎屑，既易飞溅伤人、又易研损机床。若采用卷屑措施，则可使切屑连成短卷状。

总之，切削加工的具体条件不同，希望得到切屑的形状也不同，但不论什么形状的切屑，都要断屑可靠。

二、切屑折断的原理

金属切削过程中，切屑是否容易折断，与切屑的变形有直接联系，所以研究切屑折断原理必须从研究切屑变形的规律入手。

切削过程中所形成的切屑，由于经过了比较大的塑性变形，它的硬度将会有所提高，而塑性和韧性则显著降低，这种现象叫冷作硬化。经过冷作硬化以后，切屑变得硬而脆，当它受到交变的弯曲或冲击载荷时就容易折断。切屑所经受的塑性变形越大，硬脆现象越显著，折断也就越容易。在切削难断屑的高强度、高塑性、高韧性的材料时，应当设法增大切屑的变形，以降低它的塑性和韧性，便于达到断屑的目的。

切屑的变形可以由两部分组成：

第一部分是切削过程中所形成的，我们称之为基本变形。用平前刀面车刀自由切削时所测得的切屑变形，比较接近于基本变形的数值。影响基本变形的主要因素有刀具前角、负倒棱、切削速度三项。前角越小，负倒棱越宽、切削速度越低，则切屑的变形越大，越有利于断屑。所以，减小前角、加宽负倒棱，降低切削速度可作为促进断屑的措施。

第二部分是切屑在流动和卷曲过程中所受的变形，我们称之为附加变形。因为在大多数情况下，仅有切削过程中的基本变形还不能使切屑折断，必须再增加一次附加变形，才能达到硬化和折断的目的。迫使切屑经受附加变形的最简便的方法，就是在前刀面上磨出(或压制出)一定形状的断屑槽，迫使切屑流入断屑槽时再卷曲变形。切屑经受附加的再卷曲变形以后，进一步硬化和脆化，当它碰撞到工件或后刀面上时，就很容易被折断了。

三、断屑槽对断(卷)屑的影响

断屑槽不仅对切屑起着附加变形的作用，而且对切屑的形状和切屑的折断有着重要的影响。在切削加工中，人们就是利用断屑槽的不同形状、尺寸及断屑槽与主切削刃的倾斜角，来实现控制切屑的卷曲与折断。为了更好地认识和掌握这些规律，我们就具我国目前和发达国家还存在差距体分析一下断屑槽的形状、尺寸及断屑槽与主切削刃的倾斜角度对切屑形状与切屑折断的影响。

(一)、断屑槽的形状

断屑槽的形状有直线圆弧型，直线型和全圆弧型三种(见图5 )

图5断屑槽的形状

l、直线圆弧型断屑槽(见图5a)由一段直线和一段圆弧连接而成。直线部分构成刀具的前刀面，槽底圆弧半径Rn的大小对切屑的卷曲和变形有一定的影响。Rn小，则切屑卷曲半径小，而切屑变形大；Rn大，则切屑卷曲半径大，而切屑变形小.(见图6)。在中等切深下(切深ap=2～6mm )，一般可选

Rn =( 0.4～0.7 ) B ,B为断屑槽的宽度。

2、直线型断屑槽(见图5b)由两段直线相交而成，其槽底角为180 - ( 称为断屑台楔角)，槽底角(180 - )代替了圆弧Rn的作用。槽底角小，则切屑的卷曲半径小，切屑变形大；槽底角大，则切屑的卷曲半径大(见图7)切屑变形小。在中等切深下，断屑台楔角一般选用60 ～70 。

上述两种形状断屑槽适用于加工碳素钢与合金结构钢，一般前角在 。在 范围内。

3、全圆弧型断屑槽(见图5c)的主要参数槽宽B、槽底圆弧半径Rn和前角 。之间的关系为：

(见图5C )

当切削紫铜、不锈钢等高塑性材料时，常选用全圆弧型断屑槽。因为加工高塑性材料时，刀具前角选得比较大( 0=25 -30 ）同样大的前角，全圆弧断屑槽刀具的切削刃比较坚固，另外槽也较浅，便于流屑，故比较实用(见图8 ) (二)断屑槽的宽度

断屑槽宽度B与进给量f、切削深度ap有关，当进给量f增大时，切削厚度增大，断屑槽的宽度应相应加宽；切削深度大,槽也应适当加宽。

固定不变，断屑槽宽度B的变化对切屑卷曲和变形的影响。图9a是槽宽与进给量基本适应，切屑经卷曲变形后碰撞折断成C形；图9b是槽不够宽，切屑卷曲半径小，变形大，碰撞后折断成短C形或形成崩碎小片；图9c则是槽太窄了，切屑挤成小卷堵塞在槽中很难流出来，造成憋屑甚至会打坏切削刃；图9d、e则是槽太宽了，切屑卷曲半径太大，变形不够.不易折断.有时甚至不流经槽底而自由形成带状屑。

如果用进给量初选断屑槽的宽度，粗略地说，对于切削中碳钢，宽度B与进给量f的关系约为B=10f；而切削合金钢时，为增大切屑变形，可取B＝7f。

断屑槽的宽度B也应与切削深度ap相适应。一般也可以粗略地依据ap来选择槽宽B，当ap大时，B也应当大些；而ap小，则B应适当减小。因为当切深大而槽太窄时，切屑宽，不易在槽中卷曲，这样，切屑往往不流入槽底而自行形成带状屑；当切深小而槽太宽时，切屑窄，流动比较自由，变形不够充分，也不易折断。

(三)断屑槽与主切削刃的倾斜角

断屑槽与主切削刃的倾斜方式常用的有外斜式、平行式、和内斜式三种(见图10 )

在包装行业里

1外斜式 见图(10a ) ,外斜式的断屑槽，前宽后窄，前深后浅。

外斜式断屑槽的切屑卷曲变形大，如图11所示，在靠近工件外圆表面A

处的切削速度最高而槽窄，切屑最先受阻而卷曲，且卷曲半径小，变形大；而在刀尖B处，切削速度低而槽宽，切屑最后以较大卷曲半径卷曲，这就会产生一个力，使切屑翻转到后刀面或待加工表面上，经碰撞后折断而形成C形屑。

这种形式的断屑槽。在中等切深时断屑范围较宽，断屑效果稳定可靠，生产中应用较为广泛。倾斜角 的数值主要按工件材料确定，一般切削中碳钢时，取 =8 -10 切削合金钢时，为增大切屑变形，取 =10 -15 。

但在大切深时，由于靠近工件外圆表面A处(见图11)断屑槽宽度太小，切屑容易阻塞，甚至切屑打坏切削刃，所以一般多改用平行式。

2、平行式(见图l0b )：平行式断屑槽的切屑变形不如外斜式大，切屑大多是碰在工件加工表面上折断。切屑中碳钢时，平行式断屑槽的断屑效果与外斜式基本相仿，但进给量应略加大一些，以增大切屑的附加卷曲变形。

3、内斜式(见图10c)：内斜式断屑槽(见图12)在工件外圆表面A处最宽.而在刀尖B处最窄。所以切屑常常是在B处先卷曲成小卷，而在A处则卷成大卷。当主切削刃的刃倾角取成3 -5 时，切屑容易形成连续的长紧卷屑。内斜式断屑槽与主切削刃的倾斜角一般取 =8 -10 ，内斜式断屑槽形成长紧卷屑的切削用量范围相当窄，所以它在生产中应用不如外斜式和平行式普遍，主要是应用于精车或半精车。