精車不銹鋼類零件的自然斷屑車刀制造技術

本發明專利技術屬于切削難加工技術中的切屑形成及處理領域．本發明專利技術的技術特征為：根據對切削過程中切削應力的分析，選擇車削用量和車刀幾何參數，計算車刀切削刃上切屑分離點沿剪切面方向的正應力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．本發明專利技術適用于精車不銹鋼類零件，也可適用于高強度合金結構鋼及耐熱鋼零件的精車．（*該技術在2005年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于切削難加工材料技術中的切屑形成及處理領域。目前，精車不銹鋼類零件時很難斷屑，切屑經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中的一大關鍵。現有技術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。這就不能滿足現代自動化切削技術，諸如數控加工，柔性加工系統中對斷屑可靠性達100%的要求。本專利技術是采用車削過程中形成斷續切屑的原理設計的車刀，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(機械物理特性)，分析切削過程中車刀刃前區切削刃上切屑分離點的切削應力，使切屑分離點處的應力為拉應力，并且使其達到和超過工件材料的抗拉強度極限，以此應力值力根據，選擇精車時的車削用量和車刀的幾何參數，使車削過程中形成斷續切屑，從而不再采取外部強制措施就保證可靠的斷屑。本專利技術與現有技術的差別在于，不僅斷屑可靠，而且刀具結構簡單，制造與刀磨容易，使用方便，工藝成本低。本專利技術的具體內容是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，采用數模轉換方法，定出車削過程中零件材料的應力應變特性曲線。2.根據本專利技術者創建的應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力σ1-剪切面RT下端彎曲引起的正應力σ2-剪切變形區變形強化引起的正應力σ3-切削彎矩M在切屑分離點T處引起的正應力KRT-剪切面RT上的流動剪切應力Kint-刀具和切屑塑性接觸區域的流動剪切應力τint-刀具前刀面上平均切應力△K-剪切區中的剪切流動應力增量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-前刀面上正應力分布曲線常數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，剪切區中的應變(γRT，γint)應變速度( RT， int)及切削溫度(TRT，Tint)都是決定應力σ的必要參數。這些參數的計算方法采用了現有技術中的某些算法，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切屑，即斷屑。3.根據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，在車刀前部設計有防護罩。本專利技術的實施例證之一是，精車1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼零件的斷屑。在現有技術中，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不斷，經常纏在精車過的已加工表面上，劃傷已加工表面，經常造成刀具崩刃，致使加工質量達不到規定的技術要求，并且生產率低，成本高。造成這種狀況的原因是切削用量與刀具幾何參數選擇不當，卷屑槽的設計尺寸是靠經驗，并非最適合的設計。本專利技術解決這一斷屑問題時效果很好。本專利技術實施步驟是1)確定了1Cr18Ni9Ti這種不銹鋼零件材料的流動應力特性曲線，如圖3所示。其特性方程為σT=σT1εn]]>(6)其中，σT為流動應力，ε為流動應變，σT1]]>和n為常數，它們與溫度T有關，如圖3。2)采用圖2所示的模型，利用前述(1)-(5)及現有技術中的作法求出切屑分離點處的正應力σ＝+62.5kg/mm2(拉應力)，大于零件材料的抗拉強度極限σb＝55kg/mm2。因此，σ即為斷屑時的拉應力值。3)根據σ值確定的切削用量和刀具幾何角度如表3，4所示。 設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，加工表面光潔度穩定在▽6，達到零件的設計要求。生產率比現有技術提高2～3倍。本專利技術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構零件的斷屑。只要弄清楚被加工零件材料的性質，即可按本專利技術的分析計算與技術設計，實施出自然斷屑車刀。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種由硬質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Ｋ↓［γ］＝９０°付偏角Ｋ↓［γ］＇＝２°～６°，刃傾角λ↓［Ｓ］＝０°。

【技術特征摘要】
1.一種由硬質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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳雪松，劉培德，
申請(專利權)人：大連工學院，
類型：發明
國別省市：21[中國|遼寧]