專利名稱:精車不銹鋼類零件的自然斷屑車刀的制作方法
本發(fā)明屬于切削難加工材料技術(shù)中的切屑形成及處理領(lǐng)域。
目前，精車不銹鋼類零件時很難斷屑，切屑經(jīng)常纏繞在已加工表面上，破壞已加工表面光潔度，易損壞刀具。解決斷屑問題成為難加工材料切削技術(shù)中的一大關(guān)鍵。現(xiàn)有技術(shù)中解決斷屑的手段是采取外部強制措施使切屑折斷。圖1所示的斷屑槽式車刀便是一例。由于在車刀前刀面上磨出的卷屑槽難于將切屑折斷，因此該手段取得斷屑的可靠性低，并且刀具刃磨困難，工藝成本高。這就不能滿足現(xiàn)代自動化切削技術(shù)，諸如數(shù)控加工，柔性加工系統(tǒng)中對斷屑可靠性達100%的要求。
本發(fā)明是采用車削過程中形成斷續(xù)切屑的原理設(shè)計的車刀，即自然斷屑的精車不銹鋼類零件的車刀。自然斷屑的原理是根據(jù)所加工的不銹鋼零件材料在切削過程中塑性流動的基本性質(zhì)(機械物理特性)，分析切削過程中車刀刃前區(qū)切削刃上切屑分離點的切削應(yīng)力，使切屑分離點處的應(yīng)力為拉應(yīng)力，并且使其達到和超過工件材料的抗拉強度極限，以此應(yīng)力值力根據(jù)，選擇精車時的車削用量和車刀的幾何參數(shù)，使車削過程中形成斷續(xù)切屑，從而不再采取外部強制措施就保證可靠的斷屑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的差別在于，不僅斷屑可靠，而且刀具結(jié)構(gòu)簡單，制造與刀磨容易，使用方便，工藝成本低。
本發(fā)明的具體內(nèi)容是1.分析由獨立的材料試驗取得的不銹鋼零件材料的塑性流動的基本性質(zhì)，采用數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，定出車削過程中零件材料的應(yīng)力應(yīng)變特性曲線。
2.根據(jù)本發(fā)明者創(chuàng)建的應(yīng)力分析用的切削力學模型(圖2)，求出刀具切削刃上切屑分離點處沿剪切面RT(見圖2)滑移線方向的正應(yīng)力σσ＝PR′+σ1+σ2+σ3(1)式中PR′＝KRT〔1+2( (π)/4 -φ-ρ+γ)〕 (2)
上述公式中的符號意義為PR′-剪切面RT上端彎曲引起的正應(yīng)力σ1-剪切面RT下端彎曲引起的正應(yīng)力σ2-剪切變形區(qū)變形強化引起的正應(yīng)力
σ3-切削彎矩M在切屑分離點T處引起的正應(yīng)力KRT-剪切面RT上的流動剪切應(yīng)力Kint-刀具和切屑塑性接觸區(qū)域的流動剪切應(yīng)力τint-刀具前刀面上平均切應(yīng)力△K-剪切區(qū)中的剪切流動應(yīng)力增量φ-剪切角ρ-刀具前刀面上的平均摩擦角γ-刀具的前角ω0-剪切面RT在T點的切線與前刀面的夾角(L)/(△S1) -剪切區(qū)的長度L與厚度△S1的比值M-切削彎矩FR-前刀面施加的切削合力θ-FR與剪切面RT的交角lc-刀具和切屑接觸總長度lM-FR的作用點距刀具一切屑脫離點的距離m-前刀面上正應(yīng)力分布曲線常數(shù)φ-刀具和切屑的彈性接觸長度占總長度lc的比例C-剪切面上抵抗合力FR′距分離點T的距離ac-切削層厚度aw-切削層寬度計算過程中，剪切區(qū)中的應(yīng)變(γRT，γint)應(yīng)變速度(
RT，
int)及切削溫度(TRT，Tint)都是決定應(yīng)力σ的必要參數(shù)。這些參數(shù)的計算方法采用了現(xiàn)有技術(shù)中的某些算法，這里不一一列出。全部計算過程可編程并在計算機上進行。
使求出的σ值是拉應(yīng)力并大于零件材料的抗拉強度σb，那末，車刀在切削過程中形成不連續(xù)切屑，即斷屑。
3.根據(jù)σ值選擇切削用量(切削速度v，切削深度ap和走刀量f)、車刀切削部分幾何角度并繪制自然斷屑車刀的工作圖。
4.為防止車削過程中由于斷屑的碎末狀切屑飛濺，在車刀前部設(shè)計有防護罩。
本發(fā)明的實施例證之一是，精車1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼零件的斷屑。在現(xiàn)有技術(shù)中，精車這種材料的零件時是使用前刀面磨出卷屑槽的機夾車刀，其切削用量和刀具幾何參數(shù)如下(表1，2)
這種斷屑車刀實際不斷屑，得到的切屑柔韌而連續(xù)不斷，經(jīng)常纏在精車過的已加工表面上，劃傷已加工表面，經(jīng)常造成刀具崩刃，致使加工質(zhì)量達不到規(guī)定的技術(shù)要求，并且生產(chǎn)率低，成本高。造成這種狀況的原因是切削用量與刀具幾何參數(shù)選擇不當，卷屑槽的設(shè)計尺寸是靠經(jīng)驗，并非最適合的設(shè)計。
本發(fā)明解決這一斷屑問題時效果很好。本發(fā)明實施步驟是1)確定了1Cr18Ni9Ti這種不銹鋼零件材料的流動應(yīng)力特性曲線，如圖3所示。其特性方程為σT=σT1εn]]>(6)其中，σT為流動應(yīng)力，ε為流動應(yīng)變，σT1]]>和n為常數(shù)，它們與溫度T有關(guān)，如圖3。
2)采用圖2所示的模型，利用前述(1)-(5)及現(xiàn)有技術(shù)中的作法求出切屑分離點處的正應(yīng)力σ＝+62.5kg/mm2(拉應(yīng)力)，大于零件材料的抗拉強度極限σb＝55kg/mm2。因此，σ即為斷屑時的拉應(yīng)力值。
3)根據(jù)σ值確定的切削用量和刀具幾何角度如表3，4所示。
設(shè)計制造的斷屑車刀如圖4所示。分兩種圖4a)為焊接式;b)為機夾式。二者斷屑效果相同，但后者刃磨簡單，節(jié)省刀桿制造材料，從而刀具成本低。
斷屑效果如圖5中所示的幾個例子。圖5a)為v＝68.9m/min，ap＝0.75mm，f＝0.195mm/run時得到的C型斷續(xù)切屑;b)為v＝75m/min，ap＝0.55mm，f＝0.15mm/run時得到的斷屑;c)為v＝87m/min，ap＝0.75mm，f＝0.195mm/run時的斷屑;d)為v＝95m/min，ap＝0.75mm，f＝0.20mm/run時的斷屑。
由圖5所示的幾個例子可以看到斷屑非常可靠。同時，車削過程中切削溫度低，刀具耐用度高，加工表面光潔度穩(wěn)定在▽6，達到零件的設(shè)計要求。生產(chǎn)率比現(xiàn)有技術(shù)提高2～3倍。
本發(fā)明不僅適用于不銹鋼類零件的精車斷屑;也可能適用于車削耐熱合金及高強度合金結(jié)構(gòu)零件的斷屑。只要弄清楚被加工零件材料的性質(zhì)，即可按本發(fā)明的分析計算與技術(shù)設(shè)計，實施出自然斷屑車刀。
權(quán)利要求
1.一種由硬質(zhì)合金刀頭和刀桿組成的精車車刀，其特征是具有平面型前刀面，其前角γ=0°～7°，后角α=8°～12°，付后角α′=6°～8°，主偏角Kγ=90°，付偏角Kγ′=2°～6°，刃傾角λS=0°。
2.按權(quán)利要求
1所述的車刀，其特征是用計算方法計算車刀切削刃上切屑分離點處沿剪切面滑移線方向上的正應(yīng)力σ，使其為拉應(yīng)力并達到和超過被加工零件材料的抗拉強度σb。切削深度、切削寬度和切削厚度由計算得到，以保證車刀在切削過程中自然斷屑。
3.如權(quán)利要求
1所述的硬質(zhì)合金車刀，其特征是刀頭和刀桿為焊接式或機夾式結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求
1或3所述的硬質(zhì)合金車刀可裝有防護罩。
專利摘要
本發(fā)明屬于切削難加工技術(shù)中的切屑形成及處理領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)特征為根據(jù)對切削過程中切削應(yīng)力的分析，選擇車削用量和車刀幾何參數(shù)，計算車刀切削刃上切屑分離點沿剪切面方向的正應(yīng)力σ，使其值達到或超過被加工零件材料的抗拉強度σb，則車刀在切削過程中自然形成斷裂切屑，從而不必采取外部強制措施即達到可靠的斷屑。本發(fā)明適用于精車不銹鋼類零件，也可適用于高強度合金結(jié)構(gòu)鋼及耐熱鋼零件的精車。
文檔編號B23B27/14GK85102569SQ85102569
公開日1987年1月31日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者吳雪松, 劉培德 申請人:大連工學院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan