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李莎莎-车削中切屑的种类及合理断屑的分析
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切屑的卷曲形式与断屑方法
切屑的卷曲形式与断屑方法摘要：数控铣床程序编制的基本方法基于超声技术的硬材料加工 我国数显量具的快速崛起 数控机床的加工对象看简图认识可转位铣刀片夹紧方式重型高精度回转顶尖及在滚齿机上的应用中国“创造”更待何时？ 组合机床主轴箱CAD/CAM开发数控刀具的发展新型CTX 10er机床 ADAMS在颚式破碎机优化仿真设计中的应用（四）UG逆向工程应用实例析－正向造型法（上）三坐标测量机动态误差的建模方法零件程序的结构钻床操作规程灌南压铸机新产品顺利下线轴承表面磨削出现缺陷的原因2006年机床市场面临的宏观经济环境超精密加工机床技术--适应多中心 [标签:tag]
在金属切削加工中，不利的屑形将严重影响操作安全、加工质量、刀具寿命、机床精度和生产率。因此有必要对切屑的卷曲形式和断屑方法进行深入研究，以便对切屑形态进行有效控制。 1.切屑卷曲形式 图1 垫圈状切屑 在塑性金属切削加工过程中，由于切屑向上卷曲和横向卷曲的.
在金属切削加工中，不利的屑形将严重影响操作安全、加工质量、刀具寿命、机床精度和生产率。因此有必要对切屑的卷曲形式和断屑方法进行深入研究，以便对切屑形态进行有效控制。1.切屑卷曲形式图1　垫圈状切屑在塑性金属切削加工过程中，由于切屑向上卷曲和横向卷曲的程度不同，所产生的切屑形态也各不相同。为了便于分析切屑卷曲的形式，可将切屑分为向上卷曲型、复合卷曲型和横向卷曲型三大类。在脆性金属切削加工中，容易产生粒状切屑和针状切屑，只有在高速切削、刀具前角较大、切削厚度较小时，此类切屑的卷曲方向才与一般情况下略有差异。在切削塑性金属时，如刀具刃倾角为0°，有卷屑槽且切削宽度较大，切屑大多向上卷曲。在其它情况下，切屑大都为横向卷曲。例如，在外圆车削加工中，当进给量与背吃刀量之比较大，且刀具的前角为0°时，切屑容易横向卷曲成垫圈状（见图1）。这是因为切屑两端部分在横向上变宽，而切屑的体积不变，横向变宽部分的厚度必然变薄，若长度不缩短，就必然产生横向卷曲；另外，若在车刀上磨有过渡刃，加上刀尖和副切削刃的作用，使得在切屑宽度方向上剪切角发生变化，也可使切屑产生横向弯曲而呈垫圈状。图2　精车时的长螺状卷屑在通常情况下，切屑不可能仅仅向上卷曲或横向卷曲，而是在向上卷曲的同时也产生横向卷曲。长紧卷屑和螺状卷屑的形成就是切屑同时向上和横向卷曲的结果（如图2）。2.断屑方法在塑性金属切削中，直带状切屑和缠绕形切屑是不受欢迎的；而在脆性金属切削中，又希望得到连续型切屑。通常，改变切削用量或刀具几何参数都能控制屑形。在切削用量已定的条件下加工塑性金属时，大都采用设置断屑台和卷屑槽来控制屑形。本文主要讨论卷屑槽基本参数的计算。图3是直线型、直线圆弧型和圆弧型三种卷屑槽的基本形式。其主要参数如下：（1）接触长度L图3中，切屑在前刀面上的接触长度可由下式获得L＝Kmachsin(φ β-γo)/sinφcosβ(1)式中Km――切屑与前刀面接触长度修正系数，一般取1.6左右ach――切屑厚度（2）卷屑槽半径R2由断裂理论可知，塑性金属的断屑条件是εf≥εfc(2)式中εf――切屑卷曲应变εfc――临界断裂应变图3　卷屑槽的基本形式及参数对于向上卷曲型切屑，其折断条件如图4所示。假设在切屑外表面拉长ΔL后达到断裂极限，由几何关系得ΔL＝(R1 y)dθ－R1dθ(3)式中　ΔL――切屑断裂时断裂表面的伸长量R1――切屑断裂时的卷曲半径y――切屑中性层至断裂表面的法向距离因为弯曲应变为ε＝Δl/l式中　l――中性层上的切屑长度所以断裂应变为εfc=[(R1 y)dθ－R1dθ]/R1dθ=y/R1(4)由塑性力学知σb=Eεfc(5)由式（4）和式（5）可得向上卷曲型切屑折断时的卷曲半径为R1＝Ey/σb(6)图4　向上卷曲型切屑的折断条件由于短耳状切屑与弧形切屑类似，故其理论模型可参照弧形切屑（略）。对于长耳状切屑，因其与刀具后刀面碰撞而折断，故其理论模型如图5所示。其应变可由下式求出εfc=0.5ach(1/R2 1/RL)(7)式中　ach――切屑厚度R2――卷屑槽半径RL――长耳状切屑断裂时的卷曲半径图5　长耳状切屑的卷曲折断条件由式(5)和式(7)可得卷屑槽半径为R2＝1/(2σb/Each 1/RL)(8)以切削45钢（调质）为例，其弹性模量E＝206GPa，强度极限σb=650GPa，测得切屑厚度为0.2mm。由式（6）得R1=1.7mm，由式（8）得R2＜31.7mm。为了保证断屑，根据不同材料，可选取断屑系数为8～12，此时卷屑槽最大卷曲半径为2.64～3.96mm，而由试验统计得到的卷屑槽卷曲半径为3mm左右。通过分析发现，金属经过塑性变形以后，硬度和强度大大提高，而塑性和韧性却显著下降，这是造成理论值远远高于试验值的主要原因。因此，在设计卷屑槽时，断屑系数可选取理论值与试验值之比。卷屑槽半径最后计算公式为R＝R1/n(9)式中　R――卷屑槽卷曲半径n――断屑系数，一般取8～12（3）在中等切深情况下，一般可选取θ＝110°～120°（参见图3）。θ角太小会使切屑堵塞在槽中，造成打刀；θ角太大，则会使切屑卷曲半径太大，切屑因变形小而不折断。（4）卷屑槽与主切削刃的倾斜方式分为外斜式、平行式和内斜式。外斜式卷屑槽容易造成切屑翻转到车刀后刀面而得到C形屑（短耳状或长耳状切屑）；平行式卷屑槽的切屑大多是碰到工件加工表面折断；内斜式卷屑槽的切屑容易形成连续的长紧卷屑。切削中碳钢时，内斜式和外斜式卷屑槽的斜角常取8°～10°。
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摘 要：车削加工过程中产生连续不断的带状切屑，不仅容易划伤工件的加工表面、损坏刀刃，严重时还会影响安全生产。本文探讨通过采取一定的工艺方法来改变切削加工的条件，从而改变切屑种类实现有效断屑的方法。关键词：车削加工？切削形状？分析？断屑？方法一、切屑形状分析在切削时由于材料塑性变形程度的不同，就会产生不同形状的切屑。加工塑性材料时，主要形成带状切屑、节状切屑或粒状切屑；加工脆性材料时，一般形成崩碎状切屑。带状切屑是一种连续不断的、底面光滑且背面呈毛刺状的切屑，当采用具有较大前角的刀具以较高的切削速度加工塑性金属材料时，易产生这种切屑。它是切削层未充分变形的产物。在产生带状切屑时，由于切削过程比较平稳，工件已加工表面粗糙度较小，使切屑不易折断，这样往往会引起缠绕，因此拉毛工件，甚至影响车削。节状切屑是一种底面光滑、背面有明显裂纹且裂纹较深的切屑。当采用具有减小前角的刀具，以较低的切削速度加工塑性金属材料时，易产生这种切屑。它是切屑层较为充分变形的产物，已达到剪裂程度。在产生节状切屑时，切屑工作不平稳，工件已加工表面粗糙度较大。粒状切屑是一种均匀的颗粒状切屑。当使用具有较小前角的刀具，以很低的切削速度加工塑性金属材料时，易产生这种切屑。它是切削层充分变形的产物，其材料已产生剪切破坏，已使切屑沿厚度断裂。在产生粒状切屑时，切削工作不平稳，工件已加工表面粗糙度大。崩碎状切屑是一种不规则的细粒状切屑。它是在切削脆性材料时，切削层弹性变形，几乎不经过塑性变形阶段，经突然崩裂而产生的切屑。在产生崩碎状切屑时，切削工作不稳定，刀刃受到较大的冲击力，工件已加工表面粗糙不平。切屑的形状随工件材料和切削条件的不同而不同。因此，在加工过程中，我们可以通过观察切屑的形状来判断切屑条件是否合适，也可以通过转化切削条件改变切屑的形状，改进加工方法。二、断屑方法切屑断与不断的根本原因在于切屑形成过程中材料的变形和所受应力的大小。在切削加工中，合理选择刀具的几何角度、切削用量和合理磨制断屑槽为常用的断屑方法。1.减小前角，增大主偏角减小前角，可加剧切屑变形，易于断屑。由于将前角减小会增大切削力，限制了切削用量的提高，严重时会损坏刀具，甚至出现“闷车”，所以我们一般不单纯采用减小前角来断屑的方法。增大主偏角，可增大切削厚度，易于断屑。例如，同样条件下90°刀就比45°刀容易断屑。而且增大主偏角，还有利于减小加工中的振动。2.减小切削速度，增大进给量若增大切削速度，可使切屑底层金属变软且切屑变形不充分，因此不利于断屑；若减小切削速度，反而容易断屑。增大进给量，可增加切削厚度，易于断屑。但随着进给量的增大，工件表面粗糙度值将会明显增大。有时，当吃刀量深时并不断屑，当吃刀量稍浅时反而能断屑。这是因为当背吃刀量增加时，切削宽度随之增大，薄而宽的切屑变形和应力都较小，不易折断。当背吃刀量较浅时，切屑变得短而厚，变形和应力增大，就容易折断。但是如果背吃刀量过小，切屑的截面积和应力随之减小，也不易断屑。3.开断屑槽断屑槽是指在刀具前刀面上做出的槽。断屑槽的形状、宽度及槽斜角都是影响断屑的因素。（1）断屑槽的形状。常用的断屑槽有折线形、直线圆弧形、全圆弧形三种槽型。在切削碳素钢、合金钢、工具钢时，可选用折线形、直线圆弧形断屑槽；在切削高塑性材料工件时，例如纯铜、不锈钢工件等，可选用全圆弧形断屑槽。（2）断屑槽的宽度。断屑槽的宽度对断屑的影响很大。宽度减小，反屑角增大，均易于断屑；但应注意，宽度过小，反屑角过大，容易造成堵屑。（3）断屑槽斜角。断屑槽的侧边与主切削刃之间的夹角叫断屑槽斜角。以t表示，断屑槽斜角有三种形式：一是斜式断屑槽，这种断屑槽前宽后窄，前深后浅，适用于中等背吃刀量，断屑范围较广，断屑效果稳定可靠。斜角大小主要根据工件材料选取：在切削中碳钢时，t=6°～8°；在切削合金钢时，t=10°～15°；在切削高韧性不锈钢时，t=6°～8°。二是平行式断屑槽，其槽宽前后一样，故与车刀主切削刃平行。这种断屑槽的切削变形不如外斜式大，当背吃刀量变化大时，宜采用这种形式。三是内斜式断屑槽，这种断屑槽前窄后宽。它的断屑范围比较窄，主要用于精车或半精车，其t= 6°～8°。总之，只有正确处理好断屑槽与切削用量之间的关系，才能达到良好的断屑效果。因此，在粗车时，吃刀深、进给快、切削速度小，断屑槽要磨得宽、浅一些；在精车时，吃刀浅、进给慢、切削速度大，断屑槽要磨得窄、深一些。（作者单位：河南省开封市技师学院）欢迎您转载分享：}