专利名称：降低切削变形的断屑方法
技术领域：
本发明属于金属切削加工的切屑控制领域。
在现有的断屑技术中，通常采用断屑台(或槽)迫使切屑经受附加变形实现断屑。切屑经受附加卷曲变形以后，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。以往，采用附加变形方法断屑，通常取断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn＝(7～10)f(f为进给量)，其数值比较小，切屑在流动过程中受阻，使切削过程中基本变形区的各种变形增加，其中第一变形区的剪切变形明显增加，切削力也增加，在精加工时因刀具颤振会影响加工表面质量，特别是在用梳刀精加工螺纹时，虽然能够断屑，但螺纹表面会被严重损伤，所以用上述公式计算的Wn值实现断屑，一般仅适用于粗加工或半精加工，不能适用于精加工。
本发明的目的是要解决半精加工、精加工工件过程中的断屑问题，特别是螺纹车削情况，保证加工质量的稳定性。
本发明是一种能降低切削变形的断屑新方法，其设计思想是采用一组最佳断屑台(或槽)参数，使切削过程中第一变形区的剪切变形达到最小值，同时保证断屑。最佳断屑台(或槽)参数的选取包括a，增加断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn;
b，增加断屑台(或槽)的高度h;
c，选择合理的断屑台(或槽)楔角θ;
d，选择合理的断屑台(或槽)倾斜角。
上述参数的选定结果应使切削过程中第一变形区的剪应变达到最小值，切屑的正向弯曲应变达到能够保证切屑反向折断的临界值。
增加断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn时，同时增加断屑台的高度h，可以使切屑流出时能被断屑台(或槽)稍微抬起，而不受到强烈阻碍与挤压。切屑被向上抬起后，减少了与刀具前刀面的弹性接触，减短了刀屑接触长度Lf，减小了刀具前刀面对流动切屑的摩擦阻力，因此使切削过程中第一变形区的变形减小。
增加断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn的另一个目的是减小断屑台(或槽)对切屑的压力与流动摩擦阻力，一方面可以保证刀具前刀面摩擦阻力的减小值大于断屑台(或槽)对切削流动阻力的增加值，达到减小第一变形区剪切变形的作用，另一方面，因为增加了作用力臂的长度，可以对切屑产生有效的附加正向弯曲力矩。
增加断屑台(或槽)高度h的作用是在增加断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn后，使切屑能保持与断屑台(或槽)接触，并且被抬起，得到上述的减小第一变形区剪切变形和对切屑产生有效正向弯曲的效果。
最佳断屑台(或槽)参数，可以用切削试验方法直接取得。断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn也可以用公式求得。
Wn的计算公式为Wn＝〔ρf+(ao-aoe)〕tg (θ)/2 +Lf1式中ρf为切屑在断屑台(或槽)的附加力矩作用下流出时的中性层半径，ao为有断屑台(或槽)时的切屑厚度，aoe为此时切屑中性面至外表面(即上方粗糙表面)的厚度，θ为断屑台(或槽)的楔角，Lf1为前刀面刀屑塑性接触长度，这个长度基本上不受断屑台(或槽)的影响，断屑台(或槽)只影响刀屑弹性接触区的长度。Lf1的数值由切削条件决定。
Wn的经验公式为Wn＝(10～16)f式中f为工件每转的进给量。
一般说来，断屑台(或槽)的高度为2-6毫米，断屑台(或槽)的楔角为60°～70°，断屑台(或槽)与主切削刃的倾斜角为-5°～5°通常可取0°度。
前述的使切屑正向弯曲应变达到能够保证切屑反向折断的临界值，此临界值可通过试验测定，对于37Mn5钢，临界值为0.035-0.045。
切屑正向弯曲应变εW的计算公式如下对于矩形截面切屑εW=± (aO)/(2ρf)对于三角形截面的切屑εW=± (2aO)/(3ρf)本发明的效果为减小了刀屑界面的摩擦阻力及切屑在第一变形区的变形，降低了切削过程总能耗，可以保证断屑及加工表面质量的稳定性，并且改善了刀具切削刃附近的负荷和温度，使刀具耐用度得到提高。本发明成功地解决了半精加工，精加工工件过程中的断屑问题，特别是用梳刀精加工螺纹时的断屑问题。
图1是采用断屑槽断屑的示意图。图中1为具有断屑槽的刀具，2为切屑，3为工件。
图2是断屑槽过宽时，切屑自由流出示意图。图中1为具有过宽断屑槽的刀具，2为切屑，3为工件，Lf为刀屑接触长度。
图3是降低切削变形的新断屑方法，图中1为具有断屑台的刀具，2为切屑，3为工件。
实施降低切削变形的断屑方法要根据被加工材料、切削用量、加工机床的不同而具体分析、计算、调试应用。下面是降低切削变形断屑方法的几个应用实例。
1、被加工材料为37Mn5钢管，直径153.7毫米，管壁厚度7.72毫米，管螺纹每吋8牙，加工使用的设备为TCG16CNC管螺纹加工系列全自动数控车床，采用降低切削变形的断屑方法，设计出断屑台距主切削刃宽度Wn为4.3毫米，断屑台高度h为4.5毫米，断屑台楔角θ为65°，断屑台与主切削刃的倾斜角为-2°，解决了用螺纹梳刀半精切与精切锥度为1∶16油套管的外锥螺纹的断屑问题，切削速度为130～140米/分，螺纹梳刀半精加工的切削深度为0.5-0.7毫米，精加工切削深度为0.5毫米，形成短的C型切屑，长度为20毫米，半径为6毫米，排屑十分方便，梳刀耐用度提高19.2%。
2、用RMGD-16CNC数控车床加工管接头内螺纹，被加工材料为37Mn5钢，内径126毫米，壁厚14毫米，管螺纹锥度1∶16，1吋8牙，切削速度150-175米/分，用螺纹梳刀半精加工螺纹切削深度为0.5-0.6毫米，切屑外径50毫米，长度为0.5米的长螺卷屑缠在刀具上，采用降低切削变形的断屑方法，断屑台距主切削刃宽度Wn＝4.6毫米，断屑台高度为4毫米，楔角为65°，倾斜角为0°。实施效果为切屑均能折断，外径为16毫米，长度为25毫米，排屑十分方便，刀具耐用度提高16%。
权利要求
1.在金属切削加工时，采用断屑台(或槽)实现断屑，降低切削变形的断屑方法，其特征是采用一组最佳断屑台(或槽)参数，使切削过程中第一变形区的剪切变形达到最小值，同时保证断屑。最佳断屑台(或槽)参数的选取包括a，增加断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn；b，增加断屑台(或槽)的高度h；c，选择合理的断屑台(或槽)楔角θ；d，选择合理的断屑台(或槽)倾斜角；上述参数的选定结果应使切削过程中第一变形区的剪应变达到最小值，切屑的正向弯曲应变达到能够保证切屑反向折断的临界值。
2.根据权利要求1所述的降低切削变形的断屑方法，采用一组最佳断屑台(或槽)参数，其中断屑台(或槽)距主切削刃的宽度Wn可由公式Wn＝〔ρf+(ao-aoe)〕tg(θ)/2 +Lf1计算，或由经验公式Wn＝(10-16)f求得，断屑台(或槽)的高度h为2-6毫米，断屑台(或槽)的楔角θ为60°-70°，断屑台(或槽)与主切削刃的倾斜角为-5°～5°，通常可取0°度。
3.根据权利要求1或2所述的降低切削变形的断屑方法，其中采用一组最佳断屑台(或槽)参数，使切屑的正向弯曲应变达到能够保证切屑反向折断的临界值，此临界值可通过试验测定，对于37Mn5钢，临界值为0.035-0.045。
全文摘要
本发明属于金属切削加工中的切屑控制领域，是一种能够减小切削变形，保证加工质量的断屑新方法。这种方法增加了断屑台(或槽)距刀刃的宽度，增加了断屑台(或槽)的高度，选用了合理的断屑台(或槽)楔角，通过组成最佳的断屑台(或槽)参数，可以既保证断屑，又能减小切削过程中第一变形区的变形，使切削过程的总能耗达到最低值，可以保证加工质量，提高刀具耐用度，适用于用梳刀精加工螺纹，也能应用于其他刀具的半精加工和精加工。
文档编号B23B27/22GK1046301SQ8910234
公开日1990年10月24日 申请日期1989年4月15日 优先权日1989年4月15日
发明者胡荣生, 张弘, 刘培德 申请人:大连理工大学