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复合断屑槽型结构管理论文

时间:2020-03-16 05:13:21

现代机械加工工业对断屑要求的不断提高导致断屑槽的不断发展,不同的工件材料及切削条件对断屑槽参数的要求也是不同的。为了扩大使用范围,同时满足各种不同的甚至是矛盾的要求,常常采取折衷的设计方法,将断屑槽设计成复合结构,这是目前国内外新型三维断屑槽结构的显著特点之一。

1复合断屑槽型结构

复合式断屑槽型是由一些基本和简单断屑槽型及其变形复合而成的,且常常综合了这些简单槽型的优点。与简单槽型相比,复合式断屑槽结构具有断屑性能好、适用范围广等特点。所以,在断屑槽断屑领域它获得了越来越广的应用。以下是几种典型的复合式槽型结构。

双槽结构

双槽是一种典型的复合式结构,下面试验将要用到的CNMM120408型刀片就是采用双槽结构,此外Sandvik公司的QR槽也可看作是由双槽演变而来的。双槽的典型截面形状如图1。众所周知,在机械加工中,精加工时,较小的进给量f和切削深度ap要求较小的槽宽,而粗加工大进给量大切深时,要求较大的槽宽。为了能同时较好地适用于精加工和粗加工(或半精加工)的进给量和切削深度的变化,于是出现了双级槽(简称双槽),双级槽的第一级槽在精加工时起作用,二级槽在粗加工时起作用。至于双槽能否达到这样的效果,我们将在下面通过具体试验来对此进行分析研究。

2.刀尖部分的槽背向前突起

刀尖部分的槽背向前突起是一种被广泛采用的复合式结构,比较典型的如:Sandvik公司的QF、QM、UF、UR,东芝公司的38型,三菱金属的pK等槽型,其典型形状如图2。这种结构在刀尖部分槽宽较窄,而其余部分槽宽较宽,因此可以看作是由一窄槽的刀尖部分和一宽槽的刀尖以外部分复合而成。在大切深、大进给量时,由于只是刀尖的局部槽宽很窄,其它大部分的槽宽仍然较宽,因此不致造成切屑过度卷曲和切削力过大;同时,由于刀尖部分槽宽较窄,从而又保证了小切深、小进给量时的断屑性能。

3.波浪形槽背结构

采用波浪形槽背结构的槽型其槽宽沿主刀刃方向周期性变化,其槽背形状可以是圆弧形、正(余)弦曲线及其他不规则的周期性曲线乃至周期性折线等。具体例子如Sandvik公司的QM槽型和我们自行设计的CCMT120404刀片槽型。其典型形状如图3。波浪形槽背复合结构可以看作是一宽槽和窄槽复合而成,它在小进给量时能够保证断屑效果,而在大进给量时又可减小阻力。如果这种结构再复合上减摩槽的话,将使刀片在断屑性能方面获得进一步的提高,而且阻力也会进一步减小。

以上是几种比较典型而且实用效果较好的复合式结构。在实际应用中还有许多其他的复合结构,但多数仍是上述几种类型的变形和组合,在此就不再赘述了。

2双槽刀片断屑性能试验研究

在诸多复合式断屑槽型中,双槽结构是比较简单和常用的,对其断屑性能和机理的研究有利于加深我们对其他更复杂的复合式断屑槽的认识,也有利于新型复合式槽型的开发和应用。下面我们将通过切削性能试验比较双槽和单槽的切削性能来了解双槽的优点及断屑机理。

试验设计

试验采用的双槽刀片为:CNMM120408(其截面形状参见图1);单槽刀片是将CNMM120408刀片磨去其一级槽的槽背所得(参见图4)。我们用以上刀片车削工件外圆柱表面,在不同的切深和进给量下,收集切屑和测量切削力,然后对双、单槽刀片的主切削力、切屑形状、断屑性能及范围进行比较,以获取信息。

试验所用车床型号为CM6140;切削速度固定为100m/min;工件材料为45钢。

2.试验结果及比较

主切削力FZ

主切削力FZ的测量结果如表1:

表1双、单槽刀片主切削力FZ试验结果切深ap槽形进给量f0.1mm/r0.15mm/r0.2mm/r0.3mm/rap=1mm双槽刀片272.5362.4449.6600.0单槽刀片322.4392.0466.4624.8ap=1.5mm双槽刀片383.2516.8654.4908.8单槽刀片431.2576.8701.6929.6ap=3mm双槽刀片712.8948.01217.61553.6单槽刀片761.61035.21240.81655.2

三组试验数据均表明(如图3):在切深ap和进给量f相同时,双槽刀片的主切削力FZ比单槽刀片要小。

切屑形状及断屑效果比较

切屑形状及断屑情况如表2:

表2双、单槽刀片切屑形状及断屑情况

切深ap槽形进给量f0.1mm/r0.15mm/r0.2mm/r0.3mm/rap=1mm双槽刀片带状、不断带状、不断短螺旋、断碎、断单槽刀片带状、不断带状、不断短螺旋、断短螺旋、断ap=1.5mm双槽刀片带状、不断C形、断半环形、断联弧形、断单槽刀片带状、不断带状、不断短带、断C形、断ap=3mm双槽刀片带状、不断9字形、断碎、断碎、断单槽刀片带状、不断带状、不断带状、不断C形、断双槽刀片和单槽刀片相比断屑范围变大,即在切深ap相同的情况下其最小断屑极限进给量减小。

3试验结果的分析及讨论

在相同条件下双槽刀片的主切削力比单槽刀片小

其实,这是切削加工中的一个有趣现象,也即:在一定条件和范围内,使切屑卷曲程度较大(曲率半径较小)的刀片所需主切削力要小于使切屑卷曲程度较小(曲率半径较大)的刀片(前角相同),两者的切削力变化如图7所示。这一现象是经过大量试验所证实了的,虽然其机理还不太清楚。

在本试验中,由于试验用单槽刀片是将所用双槽刀片磨去一级槽槽背所得,槽形较双槽刀片一级槽和二级槽都宽,因此其切屑卷曲程度肯定比双槽刀片小。于是,从上面的结论可以得出:在一定范围内,在相同条件下双槽刀片的主切削力肯定比单槽刀片小。本试验的结果正好如此,这也是上述现象的又一有力佐证。

2.双槽刀片的断屑范围比单槽刀片宽

这正是我们所想要的结果。如前所述:精加工时,进给量和切削深度较小,为了断屑,要求较小的槽宽;而粗加工时,由于进给量和切削深度均较大,则要求加大槽宽。为了能同时适用于粗加工和精加工,于是出现了双槽刀片。双槽是一种复合式槽形,它是由一级槽和二级槽按一定的方式和尺度组合而成的,组合的目的是想让它兼有一、二级槽的优点。从试验结果可以看出这一想法是可行的,双槽刀片的断屑范围明显比单槽刀片大(见图6)。

还有一个问题需要提出:从试验结果我们可以看出,在进给量很大时单槽和双槽刀片的断屑效果差别不大,那么在这些情况下二级槽到底起什么作用呢?其实,此时除了断屑的作用外,二级槽的作用更多的是提高刀具耐用度、降低切削力和切削温度等。

双槽刀片的成功为复合式刀片的设计和应用积累了经验。虽然复合式刀片是由一些简单的槽形组合而成的,但通过在组合尺寸和结构上的优化却可兼有各简单槽形的优点,从而提高刀片的断屑性能。此外,由于简单断屑槽的断屑机理和加工工艺比较清楚和成熟,这使得复合式断屑槽的设计更简单明了,成本更低。

然而,并不是简单槽形的随意组合就能获得理想结果,在实际应用中,刀片槽型千变万化,槽型的复合形式也层出不穷,其中的复合方式及机理均有待我们去研究和探索。


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