巧用分屑原理改进刀具性能
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分屑原理是通过把切削刃分成多层多段或运用多刃组合把切削区分成多层多段,改变刀具刃形,使切削加工的切屑宽度小、厚度增大、减小切屑变形及切削力,从而改善整个切削状况。这种技术可用于改进各种不同的切削刀具,如阶梯刃车刀、波刃或错齿分布刃的铣刀、切削锥或跳牙丝锥、分屑或错齿切削的钻头以及轮切式拉刀等。
分屑原理是通过把切削刃分成多层多段或运用多刃组合把切削区分成多层多段,改变刀具刃形,使切削加工的切屑宽度小、厚度增大、减小切屑变形及切削力,从而改善整个切削状况。这种技术可用于改进各种不同的切削刀具,如阶梯刃车刀、波刃或错齿分布刃的铣刀、切削锥或跳牙丝锥、分屑或错齿切削的钻头以及轮切式拉刀等。

1 车刀改进

在车削加工中,加工表面质量通常随着切削深度的增加而降低,为达到其要求,不得不减小切削深度,采用多次车削来切除加工余量。运用分屑原理改进车刀,可有效缓解加工表面质量与加工效率之间的矛盾。根据切削刃形状,常用的改进型车刀可分为三种形式:折线式切削刃、阶梯式切削刃和组装式切削刃。相对原来的切削用量,改进后的车刀可实现大进给、大切削深度且切屑变形小,且可以减少切削刃单位长度上的切削负荷,排屑顺利,强化了刀尖,并具有一定的抗振和稳定作用。
图1 折线式分屑切削刃车刀:(a)外圆车刀(二段折线,左);(b)切断车刀(二、三段折线,右)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(1)折线式分屑切削刃车刀

图1是折线式切削刃实现分屑的车刀示意图,将普通车刀的主切削刃改进成二段折线或三段折线,以实现高效切削。
图2 阶梯式分屑切削刃车刀:(a)外圆车刀(二段折线,左);(b)切断车刀(二、三段折线,右)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(2)阶梯式分屑切削刃车刀

图2是阶梯式切削刃实现分屑的车刀。将主切削刃改进成2个或3个切削刃,将切削层分为多层(或多段),在满足相同的表面质量条件下增大切削深度,提高加工效率。
图3 组装式分屑切削刃车刀:(a)外圆车刀(左);(b)车梯形螺纹车刀(右)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(3)组装式分屑切削刃车刀

图3是运用组合式切削刃实现分屑的车刀示意图。将车刀改进成由2个刀片(见图3a)或3个刀片(见图3b)等组装而成,切削区分为多层,满足重切削条件下的产品加工。

2 铣刀改进

铣刀一般为多刃刀具,运用分屑原理增加铣削刀具切削厚度,改善切削过程,通常采用三种分屑方式:增加周刃断屑槽或波刃分屑;采用折线齿交错组合式切削刃的分屑;采用错齿可转位刀片或错齿焊接刀片的分屑。
图4 周刃增加断屑槽或波刃分屑改进型铣刀:(a)带断屑槽的圆柱铣(上);(b)波刃铣刀(下)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(1)周刃增加断屑槽或波刃分屑改进型铣刀

周刃分屑改进型铣刀一般采用在周刃上加断屑槽(见图4a),并将周刃分屑槽的形状改为波形(见图4b)。这种铣刀各个切削刃的断屑槽或波形刃轴向相互错开,切下的切屑窄而厚,降低了切削变形程度,并使切削刃避开表面硬化层而切入工件,减小了切削力。波形切削刃各点的刃倾角、工作前角以及承担的切削负荷均不相同,波形刃同一端截面内的齿距也不相同,大大缩短了切削力变化周期,使切削过程平稳,延长刀具使用寿命。
图5 折线齿交错组合式切削刃分屑改进型铣刀(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(2)折线齿交错组合式切削刃分屑改进型铣刀

如图5所示,盘形铣刀的改进一般采用折线齿交错组合式。将铣刀齿加工成不同的折线式齿形组合,改进后的铣刀在切削时每组齿从左、右或上、下分别切削,可使切屑变窄,避免了切屑对槽侧的挤压与摩擦,改善了容屑和排屑的条件;同时,冷却液容易进入切削区,改善了铣刀的散热条件。
图6 错齿可转位(焊接)刀片的分屑改进型铣刀(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(3)错齿可转位或焊接刀片分屑的改进型铣刀

错齿焊接刀片的分屑改进型铣刀是初期采用分屑原理改进的铣刀,即两排切削齿组成一个完整有效的切削刃。如图6所示,错齿可转位刀片的分屑改进型铣刀的刀齿错位排列,切削性能好;切削时切削厚度大,切屑变形小,减小了切屑与刀具间的摩擦,提高了刀具耐用度。
图7 改进的丝锥(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

3 丝锥改进

运用分屑原理改进丝锥一般有三种形式:普通型、尖齿型和跳牙型。通常把丝锥瓣端铲磨成切削锥(见图7a),成为不完整的牙形,在加工螺纹时,分层切除材料;另一种是把丝锥前端做成尖齿的带锥度螺纹(见图7b),尖齿式分层切除材料;还有一种是把丝锥同一刃瓣的各齿每隔一个齿去掉一个齿(见图7c),再把沿同一螺旋线方向相邻刃瓣上去除齿的位置尽量相互错开上个齿。在加工螺纹时,错开分层切除材料,可增加切削时的切削厚度,减小切削力和摩擦面积,降低摩擦力,改善冷却条件,减少切削粘结,提高丝锥寿命。

4 钻头改进

群钻通过巧磨月牙凹弧形刃、多刃尖分割切削,各段刃锋利均衡,突出强化了分屑切削的顺利排屑。在此基础上又发展了多刀分段切削,可转位刀具技术的发展推动了可转位错齿分屑钻头的发展。
图8 分屑钻(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(1)分屑钻

如图8所示,分屑钻在钻孔时形成窄而厚的条状切屑,有利于排屑,并可降低切削扭矩;直径越大,效果越显著。加大进给量,效率可提高2倍。
(a)切削刃折线组合
(b)钢板钻切屑形成
图9 钢板钻多刃折线组合分屑切削(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(2)多刃折线组合分屑的钻头

如图9所示,以钢板钻多刃折线组合分屑切削为例,齿数一般为3的倍数,3个齿为一组,每个齿的实际切削宽度约为切削区的三分之一。被加工金属层按不同齿的加工顺序和形状被切削刃分段切除,排屑顺畅,可增大进给量,降低单位切削功率。
图10 错齿可转位分屑钻头(浅孔钻)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(3)错齿可转位的分屑钻头

错齿可转位的分屑钻头上通常可安装多个错位搭接的刀片。如图10所示,安装两个切削背向力相互抵消、合力集中在轴向的刀片,内、外刀片相互搭接,将被加工孔径分成两个部分。更换不同材质的刀片以加工不同材料的工件。刀片安装角度良好,切削过程振动小,钻孔精度和表面质量更好,可进行高速、大进给量的切削,切削效率比高速钢钻头约高3-5倍,生产效率和性价比较高。
图11 改进的拉刀(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

5 拉刀改进

拉刀属于封闭式或半封闭式切削刀具,拉刀进行拉削作业时形成卷屑,特别是圆拉刀的切屑成环状套在拉刀容屑槽内,极难清除。在刀齿上运用分屑原理改进拉刀(见图11),减小切屑宽度,将切屑分成小段,从而减少与拉刀的粘着力,避免粘刀。
改进拉刀的方法有两种:分层拉削法和分段分屑拉削法。分层拉削法是将加工余量一层一层地按顺序切下,图11中齿1、齿2、齿3、……多齿组成切削区,每一个齿切削一层。分段分屑拉削法是把切削区分成几段,不同的齿相互错开。图11中齿1把切削区分成二段,齿2把切削区分成三段,且齿1和齿2相互错开形成完整的切削区。
本文作者:焦余华
原载:《工具技术》
上载于:2016-9-20 10:54:32

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