专利名称：刀具断屑槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工用刀具结构，具体涉及刀具断屑槽。
技术背景金属切削中，发展的趋势是在高度自动化和无人参与的情况下,向着提高金属切除率方向发展，这需要非常可靠的切削加i:过程，但如果切屑控制问题解 决不好，将极大影响先进设备效能的发挥。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 其中一把刀断屑不可靠，就可能破坏机床的自动循环，甚至破坏整条自动线正 常运转，因此在设计、选用或刃磨刀具时，必须考虑刀具断屑的可靠性。由切屑破断准则可知影响切屑折断的因素为切屑厚度、切屑的曲率半径及被切削 材料的力学性能。切屑是否容易折断，与切屑的曲率半径即变形有直接联系， 切削过程中所产生的切屑，由于塑性变形加工硬化，切屑硬而脆，而塑、韧性 显著降低，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、韧性，以便 达到断屑的目的。切屑的变形包括切削过程中所形成的基本变形，切屑在流动 和巻曲过程中所受的附加变形；在大多数情况下，仅有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) 一定形状的槽形 结构即断屑槽，迫使切屑流入断屑槽时再巻曲变形。切屑经受附加的再巻曲变 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。目前经常使用的断屑槽的形状有直线型、直线圆弧型和全圆弧型三种(如 图l所示)，直线型断屑槽(见图la )由两段直线相交而成，相交处出现奇点， 使切屑对第二段直线即排屑面产生大的冲击，造成损坏，巻屑效果稍差。直线 圆弧型断屑槽(见图lb )由一段直线L和一段圆弧B^C连接而成。直线L部 分构成刀具的前刀面，槽底圆弧半径Rn的大小对切屑的巻曲和变形有一定的影 响，Rn小，则切屑巻曲半径小，而切屑变形大；Rn大，则切屑巻曲半径大， 而切屑变形小。全圆弧型断屑槽(见图lc)的主要参数槽宽B 、槽底圆弧半径 Rn和前角Y。根据实验就巻曲效果而言直线型较差，后两类型断屑槽巻屑效果 较好。其中直线圆弧型断屑槽，如果直线前刀面长度远远大于切屑在前刀面上的 接触长度lf，切屑将离开后段圆弧，后段圆弧会失去巻屑、断屑作用。并且直线 圆弧型断屑槽刀具主要是针对薄切削使用，所谓薄切削是指切削厚都度一般在2mm以下，在这种情况下，直线圆弧型断屑槽没有对切屑起加工硬化作用，切 屑塑性、弹性太好最不容易断；如果将直线前刀面也改为圆弧如同全圆弧型， 可以改善巻屑效果，然而降低了刀具强度、减小了前角，更加影响切屑硬化程 度，所以对薄切削不实用。目前切削界最棘手的问题就是"薄切削"。发明内容本发明公开了一种刀具断屑槽，提供刀具断屑槽的合理几何参数，针对解 决自动化加工薄切削过程中的材料塑性、弹性较大难以断屑的技术问题。为解决上述技术问题，本发明的关键是在直线圆弧型断屑槽刀刃处增 加一段第一前刀面1和第一前角Yl，第一前刀面1后为第二前刀面2;根据切削厚度ac、第一前刀面1和第二前刀面2的参数，设计算圆弧巻屑槽3 的曲率半径。当切削厚度ac小于等于0.15mm时，第一前刀面1长度取0.1mm 0.15mm，第一前刀面1的前角Y,取负5度 0度；第二前刀面2长度不大于切削深度的 一倍；后段圆弧巻屑槽3的曲率半径通过公式计算出1.8mm 2.3mm。当切削厚度ac大于等于0.15mm而小于0.25mm时，第一前刀面1长度取 0.15mm，第一前刀面l的前角i取0度 5度；第二前刀面2长度不大于切削 深度的两倍；后段圆弧巻屑槽3的曲率半径通过公式计算出2.0mm 3.0mm。当切削厚度ac大于等于0.25mm时，第一前刀面1长度取0.2mm,第一前 刀面1的前角^取0度 5度；第二前刀面2长度不大于切削深度的三倍；后 段圆弧巻屑槽3的曲率半径通过公式计算出2.8 mm 4.1 mm。理论实验研究，对直线圆弧型断屑槽3在确定切削厚度ac条件下，对不同 的进給量f下测量切屑在前刀面上的接触长度，得到如图2所示曲线。当ac分 别取lmm、 2mm、 3mm时，测定切屑在前刀面上的接触长度lf与进給量f的关系 曲线，由曲线可见对不同确定的切削厚度(xc，切屑在前刀面上的接触长度lf随 进給量f的增大而增长。结论是对不同的切削厚度ac，接触长度lf随进給量f 的加大而增大，接触长度lf在0.2mm 1.9mm。但是如果直线前刀面长度远远 大于接触长度lf、大于切削厚度ac的三倍以上时，切屑将离开后段圆弧，后段 圆弧会失去巻屑、断屑作用。本发明的设计思想是不仅只应增加一个第一前刀面1长度及前角l，还应 提出巻屑槽3的曲率半径计算公式，从而根据不同的切削厚度ac合理设计第一 前刀面1长度及前角^和巻屑槽3的半径Ph。巻屑槽3的曲率半径计算公式的 理论研究，就是考虑到巻屑槽3的曲率半径PH的选取不应仅仅根据能否断屑这 单一因素，还应考虑是否过渡断屑，即产生切屑过短这一因素，否则虽然断屑4了，但会影响到车削表面质量。本发明设计的断屑槽3(见图3)的巻屑槽3圆弧曲率半径pH及断屑槽宽Bii 有如下几何关系式p"B，- (lf-L) f+h2 —，^~B，=(BT|-b)cosy0 h =(Br|-b)sinY0 b =Lcosyi式中Bn一断屑槽宽度(mm)If—刀具/切屑接触长度70__第二前刀面前角L—第一前刀面长度第一前刀面前角而且Ph=[(Bt]-Lcosy')cosYo- (lf-L) "|2+(Bn-LcosY^siiryo2 — ach (1)2(Bt]- IxosYi)sirryo 2根据切屑破断准则 emax=l/2pHEa2ch'{a3ch-24P3H{。3s/3E2+B/ (ii+2) [ (ach/2pH) "+2画(0s/E) "+2]}}^" (2)式中B—材料常数n—材料硬化指数E—材料弹性模量 C7s—材料屈服强度 ￡b—切屑破断应变切屑厚度ach取决于切削厚度ac和切屑变形系数纟，切削厚度ac取决于 进给量f和刀具主偏角K7。 ach=ac《=《fSinRy当给出进给量f范围，即给出了切削厚度ac范围；则由(1) 、 (2)可以计算出直线圆弧型断屑槽圆弧巻屑槽3的曲率半径Ph;并且可以确定第—前刀 面2前角Yo和断屑槽3宽度Bii;反之，如果已知断屑槽3宽度Bti或第二前刀 面2前角yo，可以确定进给量f范围，即可以计算出合理切削进给量f的范围。 本发明有益之处在于由于在刀刃处增加了一段直线第一前刀面l，设计合 理的圆弧巻屑槽3曲率半径，增大了切屑变形量，提高巻屑和断屑效果；增大 刀刃角度，刀刃强度增强，可以提高切削深度；新结构使切屑进入巻屑槽3更 流畅。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 图1为直线型、直线圆弧型和全圆弧型断屑槽示意图； 图2为不同的进給量与切屑在前刀面上的接触长度关系曲线； 图3为本发明直线圆弧型断屑槽示意图。
具体实施方式
如图3所示，在刀刃处增加一段第一前刀面1，第一前刀面1后为第二前刀 面2，第二前刀面后为圆弧巻屑槽3。第一前刀面与第二前刀面的总长度大致和切屑接触长度相等；根据切 削厚度、第一前刀面和第二前刀面的参数，计算圆弧巻屑槽的曲率半径。以切削45#钢为例,可以设计如卜三种规格。实施例1切削厚度ac小于等于0.15mm时，第一前刀面1长度取0.1mm 0.15mm,第 一前刀面1的前角y,取负5度 零度。第二前刀面2长度取不大于切削深度的一倍。令E=2000kgf/mm2、 os=62.5kgf/mm2 65kgf/mm2、eb=0.0063、B=720、r|=04 0.5，根据公式(2)计算出后段圆弧巻屑槽3的曲率半径Ph」.8 rnrn 2.3 mm;此 时切屑长度为50mm 100mm，断屑效果良好.；实施例2当切削厚度ac大于等于0.15mm而小于0.25mm时，第一前刀面1长度取 0.15mm,第一前刀面1的前角y,取0度 5度。第二前刀面2长度不大于切削 深度的两倍。令E=2000kgf/mm2、 as=62.5kgf/mm2 65kg^nm2、sb=0.0063、B=720、Ti=04 0.5，根据公式(2)计算出后段圆弧巻屑槽3的曲率半径Ph:2.0 mm 3.0 mm;此 时切屑长度为40mm 110mm，断屑效果良好。实施例3当切削厚度ac大于等于0.25mm时，第一前刀面1长度取0.2mm,第一前 刀面1的前角i取0度 5度。第二前刀面2长度不大于切削深度的三倍。令E=2000kgf/mm2、 os=62.5kgf/mm2 65kgf/mm2、eb=0.0063 、B=720、ri=04 0.5，根据公式(2)计算出后段圆弧巻屑槽3的曲率半径p^2.8mm 4.1 mm;此 时切屑长度为60mm 120mm，断屑效果良好。
权利要求
1、一种刀具断屑槽，由直线圆弧型断屑槽的前刀面和槽底圆弧构成，其特征在于，在所述直线圆弧型断屑槽刀刃处增加一段第一前刀面和第一前角，第一前刀面后即为第二前刀面；根据切削厚度、第一前刀面和第二前刀面的参数，设计算圆弧卷屑槽相应的曲率半径。
2、 按照权利要求1所述刀具断屑槽，其特征在于，所述切削厚度小于等于 0.15mm时，第一前刀面长度取0.1mm 0.15mm,第一前刀面的前角取负5度 0度；第二前刀面长度不大于切削深度的一倍；后段圆弧巻屑槽的曲率半径为 1.8 mm~2.3 mm。
3、 按照权利要求1所述刀具断屑槽，其特征在于，所述切削厚度大于等于 0.15mm而小于0.25mm时，第一前刀面长度取0.15mm，第一前刀面的前角取O 度 5度；第二前刀面长度不大于切削深度的两倍；后段圆弧巻屑槽的曲率半径 为2.0 mm 3.0 mm。
4、 按照权利要求1所述刀具断屑槽，其特征在于，所述切削厚度大于等于 0.25mm时，第一前刀面长度取0.2mm,第一前刀面的前角取0度 5度；第二 前刀面长度不大于切削深度的三倍；后段圆弧巻屑槽的曲率半径为2.8 mm 4.1 mm。
全文摘要
本发明公开了一种刀具断屑槽，针对解决自动化加工薄切削过程中的材料塑性、弹性较大难以断屑的技术问题。本发明的关键是在直线圆弧型断屑槽刀刃处增加一段第一前刀面和第一前角，第一前刀面后即为第二前刀面；根据切削厚度、第一前刀面和第二前刀面的参数，设计算圆弧卷屑槽相应的曲率半径。本发明有益之处在于由于在刀刃处增加了一段直线第一前刀面，设计合理的弧卷屑槽曲率半径，增大了切屑变形量，提高卷屑和断屑效果；增大刀刃角度，刀刃强度增强，可以提高切削深度；新结构使切屑进入卷屑槽更流畅。
文档编号B23B27/22GK101323027SQ200810012408
公开日2008年12月17日 申请日期2008年7月22日 优先权日2008年7月22日
发明者甄恒洲 申请人:大连大学