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2016-02-10 机械加工交流
刀具切削刃的硬度必须高于被切削材料的硬度。提高刀具硬度可以延长刀具寿命，对于温度很高的高速切削加工尤其如此。不过，刀具硬度越高，其脆性也越大。在粗车加工中（尤其是在需要切除氧化硬皮或切深不断变化的断续切削中），不均匀的切削力可能会使高硬度的刀片发生破裂或崩刃。机床、夹具或工件不稳定可能也会导致刀具失效。 增强刀具的韧性（如通过提高刀片材料中钴结合剂的含量）可以改善其抗冲击性能，但与此同时，刀具硬度降低会使其在高速切削时磨损加快和/或发生变形。因此，优化的关键在于根据被加工工件材料来平衡刀具性能。 一、刀片强度与切削速度 有些刀片牌号的设计旨在最大限度地增加其硬度和耐磨性，为了提高切削速度，不惜牺牲一部分抗冲击性或韧性。这些刀具通常更适合以稳定的切削参数，对无需断续切削的工件进行高速粗车加工。然而，有些刀片牌号需要在不稳定的加工条件下，提供更长和可预测的刀具寿命。为了增加韧性，这些刀片牌号不得不牺牲一部分耐热性和高速车削能力。 虽然刀片的基体材料和涂层决定了其基本的粗加工性能，但其断屑台几何形状也能对刀具的切削性能起到微调作用。 二、刀片槽型与切屑控制 与刀具材料类似，在设计刀具几何参数时也需要综合权衡。正的切削槽型和锋利的切削刃可以减小切削力和优化切屑流。但是，与刀尖圆弧较大的切削刃相比，锋利的切削刃更容易磨损和破损。 为了提高切削刃的强度，可以制备一些刃口几何特征（如T型棱带和倒棱）。T型棱带是在切削刃后面制备出的强化区，它形成的正切削角可以为特定的加工及工件材料提供足够的强度，并尽可能减小切削力。刃口倒棱可以强化锋利切削刃最薄弱的部位，但需要付出切削力增大的代价。 “硬性”切屑控制槽型可通过较小的锐角来引导切屑，从而实现卷屑和即刻断屑。这种几何槽型非常适合加工会产生长切屑的工件材料，但它也会增大切削刃的负荷。而“软性”切屑控制槽型可以减小切削刃负荷，但会形成较长的切屑。 三、刀片设计技术的应用 从山高刀具公司设计的M5、M6和MR7刀片牌号上，可以看出不同粗车几何槽型的差异。这些基本上按其在粗车加工中可采用切深和进给率的递增顺序来排列的刀片牌号采用负的几何槽型，具有垂直的后刀面，并且设计为双面刀片。 M5槽型兼具较高的切削刃强度和较小的切削力。刀片刀尖处制备了宽度为0.30mm、角度为5°的正角T型棱带，其后为一直延伸到刀片前刀面、倾斜20°的过渡区。切削刃的其余部分制备了角度为1°的负倒棱，其后是宽度为0.31mm、角度为5°的正角T型棱带，然后是一直延伸到前刀面、倾斜18°的过渡区。制备的负倒棱提高了刃口强度，而开放的排屑槽有利于高韧性合金产生的长切屑顺畅流动。M5槽型适合车削各种工件材料，包括钢、不锈钢、铸铁和高温合金。 MR7槽型主要用于重型断续切削和粗车加工（如粗车带硬壳和氧化皮的钢、铸铁和不锈钢锻件/铸件）。为了最大限度地提高刃口强度，在刀尖处和切削刃的其他部位均制备了更宽（0.35mm）的0°T型棱带，其后为更平缓（17°）、一直延伸到刀片前刀面的过渡区。虽然更宽、更扁的T型棱带和更平缓的过渡角提高了刀片强度，但同时也产生了较大的切削力，因为该槽型总的来说不是很锋利。总之，MR7槽型的强度可与用于重载粗车加工的单面刀片相媲美。 不同几何特征的组合使M6槽型的切削性能介于M5与MR7槽型之间（有部分重叠）。刀尖处的4°正角T型棱带宽度为0.25mm（比M5或MR7槽型稍窄一些），与前刀面之间有一个倾斜19°的过渡区。切削刃上制备了宽度为0.30mm的0°T型棱带，其后是延伸至刀片前刀面的21°过渡区。这种结构设计既具有较高的刃口强度，又具有较宽敞的排屑槽，可以加快切屑流动。 虽然这三种刀片槽型的结构细节和加工范围不同，但它们都采用了相同的设计策略——保护切削刃，尽可能减小切削力和使排屑效率最大化。这些刀片的设计表明，只要应用得当，刀片几何特征的综合平衡和优化组合可对粗车加工的最终结果产生积极的影响。 |
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