可转位刀片断屑槽的改进设计

一、前言

切屑控制是金属切削加工生产中需要研究解决的重要问题。不良的切屑会伤害操作人员，影响已加工零件的表面质量，损坏机床和刀具，增加辅助工时和影响生产率。随着CNC 、FMS、和CIMS等各种自动化技术的发展，切屑控制问题变得更加重要，因为不良的切屑将使自动化生产线不能正常运转。切屑控制的基本问题之一是要使切屑可靠折断。目前最常用的方法是用断屑槽断屑。断屑槽断屑是利用材料的加工硬化和受冲击、受挤压而达到破坏强度的原理。由于可转位刀片断屑槽对切屑处理、切削阻力、刀具寿命、加工精度等方面的重要作用，近二十年来断屑槽的槽型也在不断改进之中，相继开发了具有直线刃、折线刃、曲线刃与曲面型、多面型凸起、凹坑型等型面相结合的断屑槽，槽型曲面变得愈来愈复杂，其断屑性能也随之不断改进。研制新型断屑槽型是开发新型刀片，改善刀片切削性能的有效途径之一。

(a)M5	(b)M5(New)
图1
(a)M5	(b)M5(New)
图2

二、断屑槽槽型的改进设计

断屑槽通常可以按用途分为精加工、半精加工和粗加工用断屑槽。为了改进刀片槽型为M5的硬质合金可转位刀片在粗车钢、不锈钢、铸铁时的切削性能，提高刀片使用寿命，对其M5型断屑槽进行了改进设计。图1所示为改进前后的断屑槽槽型。改进设计的要点是采用负倒棱和凹坑组合的断屑槽槽型。因为切削过程中，切屑从刀具前刀面流出时，切屑底层与断屑槽的槽底发生强烈的摩擦，会产生大量的热量，切削热不断地从切屑传递到刀片，致使刀片产生磨损。图2所示，在断屑槽底切出一个凹坑可以使刀片与切屑底层的接触面积达到最少，以减少刀片的磨损，提高刀片的使用寿命。5°正前角的负倒棱设计是为了降低切削过程中产生的切削力。

三、改进前后刀片切削性能比较

切削力比较

改进后的M5(New)型断屑槽采用5°正前角的负倒棱，负倒棱的设计是影响切削力的主要因素，其中主要是对轴向力和径向力的影响。图3、图4、图5为改进前后刀片在V_c=150m/min, a_p=4mm车削工件材料为SS1672时切削力分量的对比数据。结果表明：在切削钢、不锈钢时M5(New)和M5比较轴向力和径向力分别降低8%～10 %和12%～14%，切向力基本不变。

图3

图4

图5

表1
切削条件	刀片	刀具寿命
V_c=320m/min f=0.4～0.5mm/r a_p=1～2mm 冷却液：乳化液	CNMG120412-M5 TP100	185件
V_c=320m/min f=0.4～0.5mm/r a_p=1～2mm 冷却液：乳化液	CNMG120412-M5(New) TP1000	200件

表2
切削条件	刀片	后刀面磨损量
V_c=250m/min f=0.25～0.5mm/r a_p=3mm 冷却液：乳化液加工工件：40件	CNMG160612-M5 TX15O	0.26mm
V_c=250m/min f=0.25～0.5mm/r a_p=3mm 冷却液：乳化液加工工件：40件	CNMG160612-M5(New) TX150	0.1mm

表3
切削条件	刀片	刀具寿命
V_c=130m/min f=0.4mm/r a_p=1.5mm 冷却液：乳化液	CNMG120412-M5 TP200	9min
V_c=130m/min f=0.4mm/r a_p=1.5mm 冷却液：乳化液	CNMG120412-M5(New) TP200	11min

刀具使用寿命比较
对M5 型硬质合金可转位刀片的改进设计主要是为了提高其在加工钢、不锈钢、铸铁时的切削性能。表1、表2、表3为相同切削条件下M5和M5(New)在车削钢、不锈钢、铸铁时刀具寿命的比较，其中表1是车削工件材料为C45的钢轮毂外圆；表2是车削工件材料为GGG50的铸铁轮毂的内孔；表3为车削工件材料为 F51的不锈钢法兰外表面。显然与M5相比M5(New)在相同的切削条件下，其刀具使用寿命大大提高。

四、结论

通过改进前后可转位刀片切削性能的比较，在相同的切削条件下，采用负倒棱和凹坑组合的断屑槽槽型改进设计，其刀片使用寿命大大提高。

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