復(fù)合斷屑槽型結(jié)構(gòu)管理論文

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現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)對(duì)斷屑要求的不斷提高導(dǎo)致斷屑槽的不斷發(fā)展，不同的工件材料及切削條件對(duì)斷屑槽參數(shù)的要求也是不同的。為了擴(kuò)大使用范圍，同時(shí)滿(mǎn)足各種不同的甚至是矛盾的要求，常常采取折衷的設(shè)計(jì)方法，將斷屑槽設(shè)計(jì)成復(fù)合結(jié)構(gòu)，這是目前國(guó)內(nèi)外新型三維斷屑槽結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)之一。

1復(fù)合斷屑槽型結(jié)構(gòu)

復(fù)合式斷屑槽型是由一些基本和簡(jiǎn)單斷屑槽型及其變形復(fù)合而成的，且常常綜合了這些簡(jiǎn)單槽型的優(yōu)點(diǎn)。與簡(jiǎn)單槽型相比，復(fù)合式斷屑槽結(jié)構(gòu)具有斷屑性能好、適用范圍廣等特點(diǎn)。所以，在斷屑槽斷屑領(lǐng)域它獲得了越來(lái)越廣的應(yīng)用。以下是幾種典型的復(fù)合式槽型結(jié)構(gòu)。

雙槽結(jié)構(gòu)

雙槽是一種典型的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，下面試驗(yàn)將要用到的CNMM120408型刀片就是采用雙槽結(jié)構(gòu)，此外Sandvik公司的QR槽也可看作是由雙槽演變而來(lái)的。雙槽的典型截面形狀如圖1。眾所周知，在機(jī)械加工中，精加工時(shí)，較小的進(jìn)給量f和切削深度ap要求較小的槽寬，而粗加工大進(jìn)給量大切深時(shí)，要求較大的槽寬。為了能同時(shí)較好地適用于精加工和粗加工(或半精加工)的進(jìn)給量和切削深度的變化，于是出現(xiàn)了雙級(jí)槽(簡(jiǎn)稱(chēng)雙槽)，雙級(jí)槽的第一級(jí)槽在精加工時(shí)起作用，二級(jí)槽在粗加工時(shí)起作用。至于雙槽能否達(dá)到這樣的效果，我們將在下面通過(guò)具體試驗(yàn)來(lái)對(duì)此進(jìn)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種被廣泛采用的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，比較典型的如：Sandvik公司的QF、QM、UF、UR,東芝公司的38型，三菱金屬的PK等槽型，其典型形狀如圖2。這種結(jié)構(gòu)在刀尖部分槽寬較窄，而其余部分槽寬較寬，因此可以看作是由一窄槽的刀尖部分和一寬槽的刀尖以外部分復(fù)合而成。在大切深、大進(jìn)給量時(shí)，由于只是刀尖的局部槽寬很窄，其它大部分的槽寬仍然較寬，因此不致造成切屑過(guò)度卷曲和切削力過(guò)大；同時(shí)，由于刀尖部分槽寬較窄，從而又保證了小切深、小進(jìn)給量時(shí)的斷屑性能。

3.波浪形槽背結(jié)構(gòu)

采用波浪形槽背結(jié)構(gòu)的槽型其槽寬沿主刀刃方向周期性變化，其槽背形狀可以是圓弧形、正(余)弦曲線(xiàn)及其他不規(guī)則的周期性曲線(xiàn)乃至周期性折線(xiàn)等。具體例子如Sandvik公司的QM槽型和我們自行設(shè)計(jì)的CCMT120404刀片槽型。其典型形狀如圖3。波浪形槽背復(fù)合結(jié)構(gòu)可以看作是一寬槽和窄槽復(fù)合而成，它在小進(jìn)給量時(shí)能夠保證斷屑效果，而在大進(jìn)給量時(shí)又可減小阻力。如果這種結(jié)構(gòu)再?gòu)?fù)合上減摩槽的話(huà)，將使刀片在斷屑性能方面獲得進(jìn)一步的提高，而且阻力也會(huì)進(jìn)一步減小。

以上是幾種比較典型而且實(shí)用效果較好的復(fù)合式結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中還有許多其他的復(fù)合結(jié)構(gòu)，但多數(shù)仍是上述幾種類(lèi)型的變形和組合，在此就不再贅述了。

2雙槽刀片斷屑性能試驗(yàn)研究

在諸多復(fù)合式斷屑槽型中，雙槽結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單和常用的，對(duì)其斷屑性能和機(jī)理的研究有利于加深我們對(duì)其他更復(fù)雜的復(fù)合式斷屑槽的認(rèn)識(shí)，也有利于新型復(fù)合式槽型的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。下面我們將通過(guò)切削性能試驗(yàn)比較雙槽和單槽的切削性能來(lái)了解雙槽的優(yōu)點(diǎn)及斷屑機(jī)理。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用的雙槽刀片為：CNMM120408(其截面形狀參見(jiàn)圖1);單槽刀片是將CNMM120408刀片磨去其一級(jí)槽的槽背所得(參見(jiàn)圖4)。我們用以上刀片車(chē)削工件外圓柱表面，在不同的切深和進(jìn)給量下，收集切屑和測(cè)量切削力，然后對(duì)雙、單槽刀片的主切削力、切屑形狀、斷屑性能及范圍進(jìn)行比較，以獲取信息。

試驗(yàn)所用車(chē)床型號(hào)為CM6140;切削速度固定為100m/min;工件材料為45鋼。

2.試驗(yàn)結(jié)果及比較

主切削力FZ

主切削力FZ的測(cè)量結(jié)果如表1:

表1雙、單槽刀片主切削力FZ試驗(yàn)結(jié)果切深ap槽形進(jìn)給量f0.1mm/r0.15mm/r0.2mm/r0.3mm/rap=1mm雙槽刀片272.5362.4449.6600.0單槽刀片322.4392.0466.4624.8ap=1.5mm雙槽刀片383.2516.8654.4908.8單槽刀片431.2576.8701.6929.6ap=3mm雙槽刀片712.8948.01217.61553.6單槽刀片761.61035.21240.81655.2

三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)均表明(如圖3)：在切深ap和進(jìn)給量f相同時(shí)，雙槽刀片的主切削力FZ比單槽刀片要小。

切屑形狀及斷屑效果比較

切屑形狀及斷屑情況如表2：

表2雙、單槽刀片切屑形狀及斷屑情況

切深ap槽形進(jìn)給量f0.1mm/r0.15mm/r0.2mm/r0.3mm/rap=1mm雙槽刀片帶狀、不斷帶狀、不斷短螺旋、斷碎、斷單槽刀片帶狀、不斷帶狀、不斷短螺旋、斷短螺旋、斷ap=1.5mm雙槽刀片帶狀、不斷C形、斷半環(huán)形、斷聯(lián)弧形、斷單槽刀片帶狀、不斷帶狀、不斷短帶、斷C形、斷ap=3mm雙槽刀片帶狀、不斷9字形、斷碎、斷碎、斷單槽刀片帶狀、不斷帶狀、不斷帶狀、不斷C形、斷雙槽刀片和單槽刀片相比斷屑范圍變大，即在切深ap相同的情況下其最小斷屑極限進(jìn)給量減小。

3試驗(yàn)結(jié)果的分析及討論

在相同條件下雙槽刀片的主切削力比單槽刀片小

其實(shí)，這是切削加工中的一個(gè)有趣現(xiàn)象，也即：在一定條件和范圍內(nèi)，使切屑卷曲程度較大(曲率半徑較小)的刀片所需主切削力要小于使切屑卷曲程度較小(曲率半徑較大)的刀片(前角相同)，兩者的切削力變化如圖7所示。這一現(xiàn)象是經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)所證實(shí)了的，雖然其機(jī)理還不太清楚。

在本試驗(yàn)中，由于試驗(yàn)用單槽刀片是將所用雙槽刀片磨去一級(jí)槽槽背所得，槽形較雙槽刀片一級(jí)槽和二級(jí)槽都寬，因此其切屑卷曲程度肯定比雙槽刀片小。于是，從上面的結(jié)論可以得出：在一定范圍內(nèi)，在相同條件下雙槽刀片的主切削力肯定比單槽刀片小。本試驗(yàn)的結(jié)果正好如此，這也是上述現(xiàn)象的又一有力佐證。

2.雙槽刀片的斷屑范圍比單槽刀片寬

這正是我們所想要的結(jié)果。如前所述：精加工時(shí)，進(jìn)給量和切削深度較小，為了斷屑，要求較小的槽寬；而粗加工時(shí)，由于進(jìn)給量和切削深度均較大，則要求加大槽寬。為了能同時(shí)適用于粗加工和精加工，于是出現(xiàn)了雙槽刀片。雙槽是一種復(fù)合式槽形，它是由一級(jí)槽和二級(jí)槽按一定的方式和尺度組合而成的，組合的目的是想讓它兼有一、二級(jí)槽的優(yōu)點(diǎn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出這一想法是可行的，雙槽刀片的斷屑范圍明顯比單槽刀片大(見(jiàn)圖6)。

還有一個(gè)問(wèn)題需要提出：從試驗(yàn)結(jié)果我們可以看出，在進(jìn)給量很大時(shí)單槽和雙槽刀片的斷屑效果差別不大，那么在這些情況下二級(jí)槽到底起什么作用呢？其實(shí)，此時(shí)除了斷屑的作用外，二級(jí)槽的作用更多的是提高刀具耐用度、降低切削力和切削溫度等。

雙槽刀片的成功為復(fù)合式刀片的設(shè)計(jì)和應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。雖然復(fù)合式刀片是由一些簡(jiǎn)單的槽形組合而成的，但通過(guò)在組合尺寸和結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化卻可兼有各簡(jiǎn)單槽形的優(yōu)點(diǎn)，從而提高刀片的斷屑性能。此外，由于簡(jiǎn)單斷屑槽的斷屑機(jī)理和加工工藝比較清楚和成熟，這使得復(fù)合式斷屑槽的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單明了，成本更低。

然而，并不是簡(jiǎn)單槽形的隨意組合就能獲得理想結(jié)果，在實(shí)際應(yīng)用中，刀片槽型千變?nèi)f化，槽型的復(fù)合形式也層出不窮，其中的復(fù)合方式及機(jī)理均有待我們?nèi)パ芯亢吞剿鳌?/p>