CN101284315A - 一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的切削方法及刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的切削方法及刀具，在切削加工的同时加入高压喷射气体或液体进行辅助加工的操作，切屑与前刀面之间，沿逆切屑流向喷射高压气体或液体在切屑与前刀面之间产生楔力，以改变切屑与前刀面的摩擦变形。与之相应的在刀体前端设有高压喷嘴，刀体内设有刀体通道与高压喷嘴相通，刀体同气体或液体压缩设备连接，通过刀体通道将高压气体或高压液体引向高压喷嘴，高压气体或液体由高压喷嘴沿前刀面喷向切屑与前刀面之间。该方法及配套使用的刀具可以使刀具在切削速度递增过程中，避免出现无法承受的高温的影响，缓解切屑对刀具的冲击，进一步提高切削速度，可极大的提高生产效率，适于在车床加工领域广泛推广。

Description

一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的切削方法及刀具

技术领域

本发明涉及一种切削方法及，与这种方法相配套的刀具，尤其涉及一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的切削方法及能够喷射高压气体或液体的刀具。

背景技术

随着对高速切削的认知，有人认为现在已经进入高速切削时代，过去的理论知识和实践经验已经过时，只要采用大前角的刀具和高转速的切削就能提高工作效率。另外，萨洛蒙的切削理论只是通过切削时刀具的温度和切削速度变化的表述，随着生产实践的深入，迫切需要在金属切削原理基础上，通过第一剪切区的剪切变形和第二剪切区的摩擦变形的过程，对高速切削有一个客观的理解和认识。

根据图1所示，公知技术一：在第一变形区，切削表现为加工工件B的切削层对刀具A的冲击，剪切面是在刀刃前面一点的地方形成，此时，所产生的剪切温度不会对刀具A造成影响，对刀具A能造成影响的是在前刀面E第二变形区a。公知技术二：美国沃汉工程师用“弹道切削”的高速切削实验，得出的分析的数据，“来研究高速切削的过程，研究指出，在高速切削条件下，切屑C的形成过程和普通的切削不同，随着切削速度的提高，塑性材料的切屑C形态，将从带状，片状到碎屑不断演变，单位切削力初期呈上升趋势，而后急剧下降。这些现象说明，在高速切削条件下，材料的切削机理将发生变化，切削过程变得比常规切削轻松容易。”沃汉也提到，随着切削温度的提高，达到绝热条件后，使热能量限制在特定的滑移区，因为特定滑移区的软化，发生附加滑移，最终得到完全剪切，研究表明，剪切区有一个原来固体材料的量，当切削速度提高后，在剪切区会产生一个很小的熔化区，从而导致固体材料量的减少。剪切区分解成平行于剪切平面的极小厚度的平面。因而可以得出结论：根据剪切层能量平衡方程的解，说明绝热过程可能发生，并产生非常薄的传递层。

以上可以说明：高速切削和传统切削机理的区别，就在于第一变形区b剪切面发生了液化和没有液化的区别，在萨洛蒙理论曲线的高速区，因剪切面的液化，剪切区分解成平行于剪切平面的极小厚度平面，使切削变成了刀刃对剪切层的剥离过程，切屑才会形成碎屑，因此在前刀面才会没有造成高温给刀具A的影响。而在传统的切削区，因为剪切面没有产生液化，切削层经过剪切，滑移至前刀面E，形成切屑C与前刀面F的摩擦变形(在第二变形区a)，随着切削速度递增所产生的温度，正如萨洛蒙所述：“由于速度太高，(高于刀具材料允许的最高温度t0)任何刀具A都无法承受，切削加工不可能进行。”于是他提出了不可切削区域，并称之为“死谷”。因此可以在金属切削原理的基础上得出高速切削机理的定义：在高速区内，当切削速度递增到刀具A所能承受的最低值的切削速度时，因第一变形区b剪切面产生液化，使第二变形区a切屑与前刀面F的摩擦变形极度下降，甚至消失，刀具A的切削条件随着切削速度的递增而逐渐改善(参考《高速切削技术及应用》机械工业出版社张伯霖主编)。

高速切削机理的本质是客观存在的，是在切削速度达到能使第一变形区剪切产生液化时所表现出的规律，在没有达到这种速度的现实生产时，不可盲目地加大刀具的前角来提高速度，把高速切削的理论理解简单化，从金属切削原理的角度讲，高速切削是刀具并不适合采用大的前角。

但是，如果能够从金属切削原理的基础上对高速切削有一个正确的认识和定义就会在生产实践中产生非常重要的现实意义，从萨洛蒙的理论曲线(如图2所示)中可以得出：同一种加工材料与不同材质的刀具其Ui与Uh的对应值是不同的，同一种刀具对不同加工材料，其Ui、Uh值也是不同的，同一种加工材料与同一种刀具因切削方法不同，其Ui、Uh值也是不同的，这说明萨洛蒙称之为“死谷”的不可切削区域时一个变数区，随着刀具材质的提升和切削方法的进步，首先有些熔点低的被加工材料，切削时Uc值可能会被超过，从萨洛蒙的实验曲线中就可以发现软铝曲线就没有“死谷”出现、其实，在生产实践中，一些好的切削方法的发现，会使这一变数区发生变化，例如：现在推广的干切削技术，用改善材料被切削部位的物理力学性能，减少切削阻力的“激光辅助干车削”，以及冷却刀具的切削部位吸收切削发热量的“液氮冷却干切削”(参考《高速切削技术及应用》机械工业出版社张伯霖主编)。

从《金属切削加工理论》(机械工业出版社中山一雄(日)著)中的第四章所记载的“切削所消耗的能量”：切削时所需要的能量，有99％消耗在剪切变形功Ws和切屑与前刀面的摩擦功Wc，Wc分为切屑与前刀面真正所消耗的功Wc1和切屑内部二次滑移Wc2，Wc＝Wc1+Wc2。而这些功能除了有很小一部分被分散存储(仅占百分之几以下)，大部分转化为热，正是高速所产生的高温，a、“前刀面处带来了减少摩擦应力，减小摩擦角，增大剪切角，减小切削力等一连串结果，(第七章)同时，剪切角的增大，也改变了切屑形态，使切屑向连续性的方向变动，即从崩碎形-挤裂形-带状变动(第二章)，可以说这些都是所希望的”，这些都是在传统切削机理中，高速下所产生的切削情况，但是也正是如此，也产生了不希望的刀具磨损变化：结合美国沃汉工程师利用“弹道切削”来研究高速切削过程的实验“塑性材料的切屑形态，将从带状、片状到碎屑不断演变，单位切削力初期呈上升趋势，尔后急聚下降。”根据(第四章)切屑在前刀面上的摩擦速度Vc，仅仅为切削速度的1/2～1/5，而在切削中，切削动力W大致与切削速度V成比例地增大，其中切屑的动能与V的三次方成比例增大，切屑沿刀具前刀面以某种速度流出所必须的动能Wm，在一般那的切削条件下与整个切削功相比是非常小的，小到完全可以忽略不计，因此，在刀具的前刀面上，当切削速度达到刀具无法承受的高温时，利用比切削速度高得多的喷射力，作用在切屑与前刀面之间，会使切屑的形成过程和普通切削不同，能带来所希望的影响，甚至可以避免刀具进入“死谷”。因为“切削温度随着切削速度的增加而逐渐上升，但切削力呈下降趋势”，所以切削速度越高，这种方法越有效。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种利用高压喷射气体或液体喷向切屑与前刀面之间，在切屑与前刀面间形成一种楔力，来改变切屑与前刀面之间摩擦变形的方法，及与这种方法相对应配套使用的能够喷射高压气体或液体的刀具。其技术实现手段如下：

一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的方法，其特征是在切削加工的同时加入高压喷射气体或液体进行辅助加工的操作，所述高压喷射气体或液体辅助加工操作为：在切屑与前刀面之间，沿逆切屑流向喷射高压气体或液体在切屑与前刀面之间产生楔力，以改变切屑与前刀面的摩擦变形。

一种能够喷射高压气体或液体的刀具，其特征在于刀体前端设有高压喷嘴，刀体内设有刀体通道与高压喷嘴相通，刀体同气体或液体压缩设备连接，通过刀体通道将高压气体或高压液体引向高压喷嘴，所述高压气体或液体由高压喷嘴沿前刀面准确的喷射在切屑与前刀面之间。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的改变切屑与前刀面之间摩擦变形的方法及能够喷射高压气体或液体的刀具，可以使刀具在切削速度递增过程中，避免出现无法承受的高温的影响，缓解切屑对刀具的冲击，进一步提高切削速度，当喷射力足够大时，使刀具在高速下不会产生无法承受的不可切削区域，可极大的提高生产效率，由于其结构和方法简单，不仅便于生产，而且成本非常低廉适于广泛推广。

附图说明

图1为刀具切削时切屑成形的示意图；

图2为切削速度变化和切削温度的关系曲线(萨洛蒙曲线)；

图3为本发明所提出的刀具主视结构示意图；

图4为本发明所提出的刀具俯视结构示意图；

图5为在切屑与前刀面之间施加楔力时切屑成形的示意图；

图中：1、刀体，2、高压喷嘴，3、刀头，4、连接头，5、调整垫、6、刀体通道，7、前刀部分孔。

具体实施方式

如图5所示该方法进行辅助切削加工时，相当于引入高压喷射气体或液体进行辅助加工的工序，将引入的高压喷射气体或液体沿逆切屑流向作用在切屑与前刀面之间，使之在切屑与前刀面之间产生楔力F(如图5所示)，利用比切削速度高得多的喷射气体或液体作用在切屑上，当喷射力达到一定值时可使切屑脱离前刀面E，从而克服第二剪切区出现的切屑沿刀具前刀面滑移(切削速度越高，这种方法越效果越明显)。

如图3、图4所示的能够喷射高压气体或液体的刀具，在此以立车及大型车床上刀具为例进行说明，在于刀体1前端设有高压喷嘴2，通过刀体1内部的通道将高压气体或液体引向高压喷嘴，使高压气体或液体沿前刀面喷射在切屑与前刀面之间。其中高压喷嘴2为螺钉式结构，在顶部开有喷射孔和通孔，其中顶部通孔至内向外斜向下设置，使高压气体或液体能够至上而下吹向前刀面E(如图5所示)，高压喷嘴2的下部同刀体1进行连接，使其下部中间也设有通孔与前刀部分孔7相通，以实现高压喷嘴2同刀体通道6的相通，另外，在高压喷嘴2同刀体1之间还设有调整垫5，可调整高压喷嘴2的高低，以适应不同规格的刀头3使用，确保喷射出来的气体或液体能够准确的喷射在切屑与前刀面之间；本实施例的高压气体或液体通过刀体1的尾部引入，刀体1同气体或液体压缩设备通过连接头4进行连接，连接头4的一端同刀体1进行螺纹连接，另一端也可与气体或液体压缩设备输出管道采用罗纹连接，以确保切削时的安全性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1、一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的切削方法，其特征是在切削加工的同时加入高压喷射气体或液体进行辅助加工的操作，所述高压喷射气体或液体辅助加工操作为：在切屑与前刀面之间，沿逆切屑流向喷射高压气体或液体在切屑与前刀面之间产生楔力，以改变切屑与前刀面的摩擦变形。

2、一种能够喷射高压气体或液体的刀具，其特征在于刀体(1)前端设有高压喷嘴(2)，刀体(1)内设有刀体通道(6)与高压喷嘴(2)相通，刀体(1)同气体或液体压缩设备连接，通过刀体通道(6)将高压气体或高压液体引向高压喷嘴(2)，所述高压气体或液体由高压喷嘴(2)沿前刀面准确的喷射在切屑与前刀面之间。

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