CN1207697A - 一种断屑方法及装置 - Google Patents

Abstract

提出了一种断屑方法,该方法可通过提高剪切面即切屑与工件交界处的剪应变直至剪切面上有断裂发生,从而将切削过程中产生的切屑断裂成小的碎片。这是如此达到的:将切削中产生的切屑(1)成形为一个杠杆,其中切屑的头部(11)作为杠杆的加力点并从第一个平面(9)处接受到一个作用力,切屑(1)与断屑器的第二个平面(12)间的接触部位作为支点,而切屑的根部(8)即切屑联接剪切面的部位作为施力点,并向剪切面施加一个附加的剪应力以使材料发生应变,直至剪切面上有断裂发生。

Description

一种断屑方法及装置

本发明的技术领域

本发明涉及一种用于金属切削中的断屑方法以及采用此方法的种断屑器。

本发明的技术背景

在金属切削，尤其是韧性材料的车削时，通常会产生连续的切屑。这种连续的切屑会对工作安全、切屑处理以及加工工件表面质量控制造成严重的困难。更加严重的是，连续的切屑还会在切削过程中引起不可预料的阻塞，这将使机床系统的自动化受到阻碍。因此，非常希望在金属切削时产生的切屑为不连续形式。金属切削过程中的断屑器可以将切屑切断成小块儿。现有技术中已有两种断屑器一从一个镶嵌式刀片上分隔出来的阻断装置以及一个镶嵌式刀片的前倾面上形成的开槽与障碍的组合装置。在金属切削过程中，这些断屑器可将产生的切屑弯曲。但这些断屑器并不能保证在切削过程中切断切屑，只有在某些加工条件下才可以达到断屑效果。对于某种给定的加工条件，要判断切屑能否被切断是非常困难的，即当这些断屑器被用于切削过程时，不能确定切屑是否会被切断。此外，当切屑被这些断屑器切断后，它们会向各个方向飞溅，这会对工作安全、加工工件表面质量控制以及切屑处理等方面造成困难。此外，这些切屑中有的还会削弱刀具切削刃，从而缩短刀具寿命。现有断屑器的典型例子请见专利US5193947、SU1704939、WO9427769和WO9511102。

发明目的

本发明的一个主要目的是提供一种用于金属切削中的改进的断屑方法以及可以实现这种方法的装置。

本发明概述

作为本发明的第一个方面，此处提供了一种用于金属切削过程的断屑方法，该方法包含这样一个步骤，即提高切屑成形时的剪切面上的剪应变，直到上述切屑在剪切面上断裂，而不受加工条件的限制。

作为本发明的第二个方面，此处提供了一种用于金属切削过程的断屑方法，在切削过程中切屑会在一个剪切面上与工件分离，该方法包含这样一个步骤，即将切屑成形为一个杠杆，从而施加一个力以增大剪切面上的剪应变，直到在剪切面上发生断裂。

作为本发明的第三和第四个方面，此处提供了用于金属切削过程的断屑装置，用于实现第一和第二方面的方法。

本发明的其他特点将在附属的权利要求书中提出。

在所描述的本发明的最佳实施例中，揭示了用于金属切削中的一种断屑方法一剪切面断裂法。在这个方法中，金属切削时产生的切屑通过增加剪应力而被切断，在增加剪应力时，切屑成形的剪切面上的剪应变会增加从而导致剪切面上发生断裂。此外，还揭示了一种杠杆断屑法，可迫使切屑断裂成小块。该方法中，切屑刚一产生即形成一个卷曲的杠杆，切屑的头部成为加力点并从一个固定体上接受作用力，而切屑与断屑器的回转面之间的接触点则成为支点，切屑的根部则成为施力点，从而施加一个沿剪切面的作用力，这样可以增大剪应变直到在剪切面上出现断裂。进一步揭示的杠杆断屑器上带有一个断屑槽，该断屑槽包含一个回转面、一个侧流限制面、一个上卷曲导向面以及一个辅助回转面。

所描述的本发明的最佳实施例中的断屑器可将金属切削过程中产生的切屑切断，该断屑器可以用于车削、车平面、镗孔、切割以及其他需要断屑的金属加工过程中，并适用于大多数组合加工条件，如工件材料性质、冷却条件、切削速度、进刀速度以及切削深度，可将切屑断裂成小直径的不完整环形。断屑器引导着断裂的切屑从刀具的主侧面处轻柔地落下进入到机床的容器中，从而保证了操作安全性、工件加工表面的质量以及切屑处理效率。由于断屑器分担了作用在刀具前倾面的作用力，从而减小了刀具切削刃上的作用力。又由于断屑器减小了刀具前倾面的作用力以及频繁切断切屑，因而降低了刀具切削区的温度，并因此降低了刀具摩损速度、提高了刀具寿命。断屑器可以用于所有类型与形状的镶嵌刀片，并无需为了断屑而对镶嵌刀片的几何结构作特殊要求，这样，镶嵌刀片的前倾面可以是平面而不必是复杂的几何形状，从而显著降低镶嵌刀片的费用。此外，断屑器可以与镶嵌刀片构成一体，断屑槽可以开在刀片的前倾面上方。

附图简述

下面通过示例并参考附图对本发明的最佳实施例作出解释。附图包括：

图1显示了根据本发明的剪切面断裂法进行断屑的一个最佳实施例。

图2为根据本发明的断屑器的第一个最佳实施例的三维视图，显示了该断屑器与一个矩形镶嵌刀片用于车削时的结构。

图3为根据本发明的断屑器的第二个最佳实施例的三维视图，显示了该断屑器与个非矩形镶嵌刀片用于车削时的结构。

图4为根据本发明的断屑器的第三个最佳实施例的三维视图，显示了该断屑器与一个矩形镶嵌刀片用于车平面或镗孔时的结构。

图5为根据本发明的断屑器的第四个最佳实施例的三维视图，显示了该断屑器与一个镶嵌式切割刀片用于切割时的结构。

图6为根据本发明的断屑器的第五个最佳实施例的三维视图，显示的断屑器与图2中的类似但带一个可调断屑槽。

图7为根据本发明的断屑器的第六个最佳实施例的三维视图，显示了根据本发明的一个带断屑器的镶嵌刀片的结构。

图8为根据本发明的断屑器的第七个最佳实施例的三维视图，显示了图2中所示断屑器的断屑槽的一个变型。

图9为根据本发明的断屑器的第八个最佳实施例的三维视图，显示了图2中所示的断屑器的断屑槽的另一个变型。

图10为根据本发明的断屑器的第九个最佳实施例的三维视图，显示了图2中所示断屑器断屑槽的又一个变型。

图11为根据本发明的断屑器的第十个最佳实施例的三维视图，显示了图2中所示断屑器的断屑槽的又一个变型。

图12为根据本发明的断屑器的第十一个最佳实施例的三维视图，显示了图2中所示断屑器的断屑槽的又一个变型。

本发明的最佳实施例的说明

在一个金属切削过程中，如图1所示，刀具4将工件3上的一层材料2切下来形成切屑1。在切屑形成过程中，材料的速度是不连续的，即一层将被切下来的材料的速度被迫由矢量5表示的速度变为由矢量6表示的速度，速度改变发生在一个狭窄的变形区7，也即所谓的“剪切面”内。在剪切面上工件材料受到剪应力并发生剪应变，并沿刀具前倾面10形成切屑。

在金属切削过程中，如果刀具前倾角以及剪切角(切削方向与剪切面间的夹角)保持不变，则剪切面上的剪应变保持恒定。对于剪切面上的相同的剪应变值，不同的工件材料的效果也不同。脆性材料在较小剪应变时就会在剪切面上出现断裂，并因此形成不连续的切屑。因此，在切削脆性材料，如铸铁时，一般会产生不连续切屑，断屑方面不会有问题。而韧性材料只有在足够大的剪应变下才会在剪切面上出现断裂。而使该断裂发生所需的剪应变值取决于材料的韧性，而韧性则随切削区的温度及剪应变率的变化而变化。温度降低则韧性线性减小；而剪应变率升高则韧性也增加，增加值与剪应变率升高值的对数成线性关系。材料的这一自然属性意味着，对于低切削速度，如果速度增加则韧性减小(由于剪应变率起主要作用)；而对于高切削速度，如果速度增加则韧性增加(由于温度起主要作用)。即剪切面上导致断裂的剪应变值随工件材料的韧性不同而不同，而材料韧性又受切削速度的影响。对于同一种材料，使用冷却液对剪切面上导致断裂的剪应变值要低于不使用冷却液时，这是由于冷却会导致切削区内工件材料的韧性减小。一般说来，在切削韧性材料时，由于剪切面上产生切屑的剪应变不够大，因而通常会产生连续的切屑。只有在切削一些硬化钢时，如果采用冷却液且切削速度低时，剪切面上才会产生不连续的切屑。

将要解释的用于断屑的剪切面断裂法目标在于，对于任何加工条件，不论其工件材料性质、冷却状态和加工条件有什么差别，在金属切削过程中，除了由于切掉工件材料而产生的剪应变之外，还要增大剪切面上的剪应变直到足以促证剪切面上有断裂发生。

根据本发明的最佳实施例中的杠杆断屑法可以实现提高剪应变的目的。该方法显示于图1中。切屑1首先从初始变形区(剪切面7)上产生，接着又由于受到刀具一切屑界面上的摩擦力的作用而在其与刀具前倾面10相接触的背面产生二次变形。二次变形使得切屑向上卷起(由于背面的表面扩张)并从前倾面处移开。由于受到剪切面7上产生的新的切屑的推动，切屑会继续前移并卷曲，当切屑的头部11到达第一个固定的(在刀具上的)平面12时，切屑会在其根部8处受到剪切面7处传来的作用力并在其头部11受到平面12处传来的作用力。切屑接着向上移动，直至其头部11到达第二个固定的(在刀具上的)平面14。一旦切屑头部接触到平面14，切屑头部11就会受到从平面14上传来的作用力，该作用力与切屑根部8受到的来自剪切面的作用力协同作用使切屑成为小半径卷曲形状。切屑接着沿弧线前移并稍微在其前面部分处产生弹性后效，并受到第三个固定的(在刀具上的)平面13的限制，故其侧向移动(由切屑侧向卷曲所导致)受阻，这样，切屑前移直至其头部11被第四个固定的(刀具上的)平面9阻止。一旦切屑1的头部11接触到平面9，切屑即成为一个卷曲形的杠杆，其头部11为加力点并从平面9上接受到作用力，切屑1与平面12之间的接触点为支点，切屑的根部8，即切屑与工件3的剪切面7相交处，成为施力点，这样，切屑形成处的剪切面7相交处，成为施力点，这样，切屑形成处的剪切面上除了原有的剪应力以外，还要受到这一附加的杠杆力，直至剪切面7上有断裂发生。

下面将详细介绍根据本发明的断屑器最佳实施例。

图2显示了第一个最佳实施例，该断屑器用于车削。断屑器22与镶嵌式刀片18一起夹紧固定在一个刀柄上。断屑器的底面16与镶嵌刀片的前倾面21保持倾斜，还包含一个侧流限制平面13，该侧流限制平面几乎垂直于主刀削刃19，还包含一个上卷曲导向平面14以及一个辅助反作用平面15。在切削时，切屑从剪切面产生并沿刀具前倾面移动，再移向断屑器的平面12，由于刀具一切屑界面处有摩擦力和热膨胀，故切屑会向上卷曲，又由于在主切削刃19和刀尖20处材料流速不同，故切屑又会有一个侧向卷曲。当切屑头部接触到平面12后，切屑主体会被弯曲，切屑会被迫继续上行移过平面12，卷曲的切屑内侧受压产生弹性和塑性变形，而卷曲的切屑外侧会受拉产生弹性和塑性变形。切削的进给速度越大，切屑两侧的塑性变形也越大。这种塑性变形可以防止卷曲形状的切屑张开。随着切削继续，由于切屑形成时产生的侧向卷曲，会使得切屑一侧靠向平面13，这样，切屑的侧向移动会被平面13限制住。卷曲的切屑随后会从断屑器22内向外移动并向下移向刀具主侧面23。一旦切屑头部接触到刀具主侧面23，它将施加给主侧面23一个作用力，同时也受到主侧面23上的一个反作用力。这样，切屑成为一个卷曲的杠杆，切屑头成为加力点并接受刀具主侧面23上的作用力，切屑与平面12之间的接触点成为支点，而切屑的根部，即切屑与工件的剪切面的相交处，则成为施力点并在剪切面上的剪应力的基础上施加一个附加作用力。由于支点距切屑头部的距离要远大于支点距切屑根部的距离，因此只需在切屑头部中一个很小举升力就可以使剪切面上受到的作用力产生足够的附加应变，从而使剪切面上有断裂发生。因这一阶段，如果工件材料是低韧性的或是进给速度较大，则这个举升力在切屑作为杠杆而引起剪切面断裂之前不会大到使卷曲形的切屑展开的地步。而如果工件材料是高韧性的或进给速度较低，则剪切面上产生的切屑会被断屑器的平面12卷曲，然后又受到平面13和14的作用并上移再下移指向刀具主侧面。一旦切屑头部接触到主侧面，切屑将成为一个杠杆，并如前所述的那样向剪切面施加一个作用力。如果切屑头部受到的举升力在引起断裂发生之前，还未大到使卷曲的切屑展开，则切屑会断裂，正如前面所述的低韧性工件材料或大进给速度那样。否则，卷曲的切屑将被展开直到它被平面15所阻止。一旦切屑上位于杠杆加力端的部分接触到平面15，则切屑与平面15之间将产生一个摩擦力，这个摩擦力又成为杠杆的又一个加力点。杠杆会在其根部向剪切面施加一个附加的力，直至剪切面上有断裂发生。一旦断裂发生，切屑将在其根部断裂。施加在切屑上的各个力将消失，之后将重新开始产生、断裂下一截切屑，进入新的循环过程。断裂下来的切屑会在其根部被下一个产生的切屑的头部推动着，移向刀具主侧面，在下一个切屑接触到刀具主侧面之前，断裂的切屑已从刀具主侧面落下去。

这种方式产生的断屑形状象一个数字“9”。如果切削进给率较大，则会有这种可能，即一旦发生断裂，联接着已断裂的切屑以及从剪切区产生的新的切屑的断裂区将被新切屑推动着，一边断裂一边移向刀具主侧面，而断裂的切屑与新的切屑将构成一个弧形。断裂的切屑的头部受到的反作用力将使这个弧形上张开一个开口。在开口张开的同时，由断裂切屑与新切屑构成的弧形将作为一个杠杆从而使新切屑在其根部(剪切面)断袭。新的断袭区将被推出并开始新的一个断屑过程，而旧的断裂区则被弯曲并断开。这种方式产生的断屑开状象一个字母“C”。

图3为根据本发明的断屑器的第二个最佳实施例，该断屑器用于车削并与一个三角形镶嵌式刀片30一起工作，断屑器32的底面28与刀具前倾面33相接触。断屑器的夹紧面29夹紧于刀柄(未画出)中。断屑器上断屑槽与图2中显示的最佳实施例一样，也包含一个回转平面24、一个侧流限制平面25、一个上卷曲导向平面26以及一个辅助回转平面27。本例中的断屑原理与图2中所示相同。

比较图2、图3中所示的二断屑器，可以看到，根据本发明可以使断屑器具有不同的形状，以适应镶嵌式刀片的形状，但断屑槽的形状可以一致。

图4中显示了根据本发明的断屑器的另一个最佳实施例，该断屑器用于车平面或镗孔并与一个矩形镶式刀片40一起工作。断屑器42的底面38与刀具前倾面41相接触。断屑器的夹紧面39夹紧于刀柄(未画出)中。断屑器的断屑槽与图2中所示的最佳实施例一样，也包含一个回转平面34、一个侧流限制平面35，一个上卷曲导向平面36和一个辅助回转平面37。本例中的断屑原理与图2中所示的相同。

比较图2、图4中所示的二断屑器，可以看到，根据本发明的断屑器可以用于车削或是其它切削，但其断屑槽形状可以一致，只是位置不同。

图5中显示了根据本发明的断屑器的另一个最佳实施例，该断屑器与一个镶嵌式切割刀片一起使用。断屑器51的底面46与镶嵌式切割刀片48的前倾面50相接触。断屑器的夹紧面47夹紧于刀柄(未画出)。断屑器的断屑槽靠近主切削刃49，断屑槽包含一个回转平面44和一个辅助反作用平面45。在切削时，切屑从剪切面上产生并沿前倾面50滑移，指向断屑器的回转平面44。由于在刀具一切屑界面处会有摩擦力和热膨胀，故切屑会向上卷曲。一旦切屑头接触到平面44，则切屑会受弯曲而向上卷，在卷曲的切屑内侧面会有弹性和塑性压缩变形，而外侧面会有弹性和塑性拉伸变形。切削的进给速度越大，切屑两侧的塑性变形也越大。塑性变形可以防止卷曲的切屑张开。由于剪切面上会连续不断地产生切屑，这样切屑会受弯向上卷曲着滑移过平面44，切屑的头部会接触到将被加工的工件表面上。一旦切屑头接触到工件表面，它将向工件施加一个作用力并同时从工件上接受到一个反作用力。这样，切屑体构成一个卷曲形状的杠杆，切屑的头部作为加力点从工件上接受一个作用力，切屑与平面44之间为支点，而切屑的根部作为施力点向剪切面施加一个附加的剪切力。由于支点至切屑头部的距离远大于支点至切屑根部的距离，因此只需向切屑头部施加一个很小的力就可以在剪切面上产生足够大的附加剪应变，从而导致剪切面上有断裂发生。如果在切屑杠杆引起剪切面断裂之前，杠杆受到的举升力不足以使切屑张开，那么切屑将断裂，并重新开始下一个断屑过程。否则，切屑将被举升力作用而张开，这一张开过程最终会被平面45阻止。一旦位于杠杆举升端这一侧的切屑体接触到平面45，则切屑与平面45之间将产生一个摩擦力，这个摩擦力成为杠杆的另一个举升力。杠杆将从切屑根部向剪切面施加一个附加的作用力直到剪切面上有断裂发生。一旦断裂发生，切屑将在其根部断裂，施加在杠杆上的各个力将消失，而下一个切屑的产生、切断过程又将开始。断裂的切屑将在其根部由下一个产生的切屑的头部推动着移向将被加工的工件表面，再由工件携带着掉进机器的切屑容器中，这一动作会在下一个切屑的头部到达将被加工的工件表面之前完成。

从上述断屑器的各最佳实施例的解释中可以看到，断屑器的断屑槽的大小可以在保证有效断屑的前提下有所不同。然而，被切屑的切屑的形状将随着切屑深度与刃尖20至侧流限制平面13(如图2所示)的距离之比的不同而变化。卷曲的切屑的半径将随着进给速度与刀具主切削刃19至回转平面12(如图2所示)的距离之比的不同而变化。因此，在一个最佳实施例中，断屑槽的尺寸是可调的。图6中显示了根据本发明的断屑器的第五个最佳实施例，其断屑槽可调。断屑器64的夹紧面57夹紧于刀柄中。断屑槽由一个可调节槽体68构成，该槽体上包含一个回转平面52和第二个表面一上卷曲导向平面54以及一个可调侧流限制体61，该侧流限制体上带有一个侧流限制面53，而断屑器64上带有一个辅助反作用平面55。由刀具切削刃59至回转平面52的距离可以通过调节槽体68上的锯形齿65相对于断屑器上的锯形齿66的位置而调节。同样，刀尖69至侧流限制平面53的距离可以通过调节侧流限制体上的锯形齿62相对于断屑器上的锯形齿67相对于镶嵌式刀片58的位置而变化。除了图6所示结构以外，还可以采用其他方法固定与调节根据本发明的断屑器的断屑槽。可调节断屑槽的结构也可以用于3、4、5所示的最佳实施例中。

图7中显示了根据本发明的断屑器的第六个最佳实施例，4个根据本发明的断屑槽位于一个镶嵌式刀片的顶部从而形成一个镶嵌式断屑刀片。该镶嵌式断屑刀片上有4个切削刃72、73、74和75，可在切削过程中作为主切削刃。其中一个与图2中所示相同的断屑槽包含平面76、77、78和79，并与切削刃72一起工作。另一个与图2中所示相同的断屑槽包含平面80、81、82和83，并与切削刃73一起工作。第三个与图2中所示相同的断屑槽包含平面84、85、86和87，并与切削刃74一起工作。第四个与图2所示相同的断屑槽包含平面88、89、90和91，并与切削刃75一起工作。夹紧面92夹紧于刀柄(未画出)中。

图2中所示断屑器上的断屑槽的结构可以通过改变几何参数而具有多种形状，以适应断屑器的实际应用或加工要求。断屑槽的几何参数包括(图2)：

1)刀具前倾面21与断屑槽的回转平面12之间的夹角α；

2)刀具主切削刃19至断屑槽的回转平面12的距离b；

3)回转平面12的宽度W；

4)回转平面12与上卷曲导向产面14之间的夹角β；

5)回转平面12的上端与上卷曲导向平面14的下端之间交线的长度L；以及

6)断屑槽的侧流限制平面13与刀具主切削刃19间的夹角ψ。

对于图2中所示的断屑器上的断屑槽，为了简化，可以将夹角ψ设计成几乎垂直于刀具主切削刃。而夹角ψ的最佳值则取决于切屑侧流角η，该角η通常定义为切屑在刀削区的滑移方向与刀具前倾面的切削刃的法线方向之间的夹角(图1)。夹角ψ的值可以这样确定：在切屑形成和断裂过程中，切屑可以滑移出断屑槽的内腔，同时其侧流要受到侧流限制平面13的限制，以实现根据本发明的杠杆断屑过程。因此，夹角ψ的最佳设计值可以由下面的公式得出：ψ＝90°-η                 (1)

由于加工条件不同则切屑侧流角η也不同，特别是将刀具圆角半径、进给速度和切削深度组合起来考虑时更是如此(刀具圆角半径从0.4至1.2，进给率从0.1至0.3，切削深度从0.3至4，则切屑侧流角会在5°至70°之间变化)。为了简化，可以用一个通常的切屑侧角通过公式(1)计算夹角ψ。

图8为根据本发明的切屑器的第七个最佳实施例，该断屑器与图2中所示相似，只是夹角ψ不是90°。在这个最佳实施例中，断屑器22的断屑槽上的侧流限制平面93垂直于刀具前倾面21，而平面93与刀具主切削刃19间的夹角(从刀具主切削刃逆时针方向测量)小于90°。

对于没有图2中所示的辅助反作用平面15的断屑槽，可以根据断屑槽的几何参数与加工条件、断屑半径之间的相互关系，确定适当的断屑槽几何参数α、b、w、l和β，使得切屑经过回转平面12、侧流限制平面13以及上卷曲导向板14而从内腔中移出米后，会成为小半径的高应变硬化的卷形，这样，切屑经过杠杆断屑过程后已在剪切面发生断裂而不会张开并触及辅助平面15，因此在断屑过程中就不需要辅助反作用平面15了。

断屑槽的几何参数与加工条件、断屑半径之间的关系表达式可以从切削区的断屑槽几何结构来确定。忽略切屑的弹性后效，一个断裂的切屑的半径r以及参数b、α可以由下面公式表示： $r=\frac{b-h}{\mathrm{tg}(\mathrm{\α}/2)}\…\…\left(2\right)$

其中h是刀具与切屑的接触长度(图1)，它是由加工条件所决定的，加工条件通常指进给速度、刀具前倾角以及工件材料流动应力特性，而材料流动应力特性受剪应变率和温度的影响。参数b的值越小，切屑半径越小。然而，b必须大于h，以使切屑能从切屑区自然产生。夹角α的增加会使切屑半径减小，但另一方面，会在杠杆断屑过程中减小切屑根部向剪切面施加的作用力，这是应避免的。

W和β的值越小，切屑半径以及断屑槽的体积也越小。然而W和β必须足够大，从而切屑能从断屑槽内腔中移出。本发明人发现：

b≤W≤5b               ……(3)

以及90°≤β≤130°      ……(4)

以及1的确定应使得切屑的侧向滑移会受到侧流限制平面3(图1)的限制，从而不超出杠杆断屑过程所要求的界限，另一方面又要使切屑能从切屑槽中滑移出来。长度1的范围为：

d≤l≤10d        ……(5)

其中d为切削宽度(图1)。

图9显示的是根据本发明的断屑器的第八个最佳实施例，其显示了图2中所示的断屑器的断屑槽的另一种变型结构。在这个最佳实施例中，断屑器22的断屑槽包含回转平面12、侧流限制平面93和上卷曲导向板14。该断屑槽上没有图2中所示的辅助反作用平面15。在这种结构中，断屑槽的几何参数α、b、w、l和β可通过公式(2)、(3)、(4)和(5)确定，从而使断屑槽中滑移出的切屑是高应变硬化的半径曲卷形状，且其侧向移动受到侧流限制平面93的限制。因此，此结构中不需要图2中所示的辅助反作用平面15。

在图9所示的断屑槽结构中，在某些特定的加工条件下可以不需要侧流限制平面93，此时的切屑从同转平面12以及上卷曲导向平面14形成的角落中移出后，成为高应变硬化的小半径卷曲形，其侧向移动(未受到侧流限制平面的限制)自然处于杠杆断屑过程所需界限内。在车削低碳钢时的上述特定加工条件示例为：进给速度为等于或大于0.15毫米/转，刀具圆角半径与切削宽度之比小于或等于0.5。在这样的切削过程中，图9中所示的侧流限制平面93是不需要的，可以从断屑槽的结构中省去从而简化断屑器结构。这样就成为图10中所示结构。图10显示了根据本发明的断屑器的第九个最佳实施例，其断屑器的断屑槽是图2中所示的结构的另一个变型。在本例中，断屑槽上只包含两个平面：回转平面12和上卷曲导向平面14。

为了保证切屑会被杠杆断屑法折断，图10中所示的上卷曲导向平面14不能省去以进一步简化图10中的结构，这是由于平面14对于确保切屑能形成断屑杠杆来说是必需的。但是，可以如图11所示的结构那样，将回转平面12和上卷曲导向平面14合并起来形成一个上卷曲导向及回转平面，该表面的结构既具有上卷曲导向功能从而将切屑成型为卷曲的杠杆，又具有回转功能从而实现杠杆断屑过程。图11显示了根据本发明的断屑器的第十个最佳实施例，显示了图2中所示的断屑器的断屑槽的另一种变型结构。在这种结构中，断屑器22上有一个断屑槽，断屑槽由一个侧流限制平面13以及一个弧形上卷曲导向与回转表面96构成。参数b与图2中所示相同。弧面96的半径R、高度H以及中心坐标X、Y的确定应使表面96能够与侧流限制表面13一起工作，从而将切屑成形为卷曲形杠杆，并且一旦切屑头部接受到一个反作用力，切屑将在其背面与表面96接触的地方形成杠杆支点，而表面96则在杠杆断屑过程中起回转面的作用。下面是一个确定上卷曲导向与回转表面96的结构的示例，在低碳钢的车削中，切削速度为100米/分钟至300米/分钟，进给速度为0.03毫米/转至0.3毫米/转，则参数R、H、x，Y分别为1.5毫米至5毫米，1毫米至6毫米，0毫米至0.5毫米以及1毫米至6毫米。

在制造根据本发明的断屑器时，如果不是用压制或烧结法而是用切削法加工图2所示的断屑槽，那么费用会很高且加工困难。一种组合式断屑槽结构可以避免这种加工问题。这种结构显示于图21中，该图中所示结构为根据本发明的断屑器的第十一个最佳实施例，该例是图2中所示断屑器的断屑槽的结构的又一种变型。在本例中，在一个组合式断屑器上的断屑槽由回转平面12、上卷曲导向平面14以及侧流限制平面93构成。平面12和14位于主体22上。平面93则位于分体94上。在主体22和分体94之间有一个间隔g。通过调节g的值，可以对平面93的位置和作用进行调节。组合式断屑器通过刀柄〔未画出〕上的夹紧装置(未画出)压紧在镶嵌式刀片18上。夹紧装置同时夹紧在组合式断屑主体的顶部17以及分体的顶部94上。

这样，对于用工具钢类材料制造断屑器来说，只需简单的切削和表面硬化工艺；对于用碳化钨或陶瓷材料制造断屑器来说，只需压制或烧结工艺。

在附图所显示的示例中，只给出了一些用于车床加工的根据本发明的断屑器的最佳实施例。这是因为车床加工中出现的连续切屑问题要比其他的金属加工过程严重，例如铣削。但是，根据本发明的断屑器也可以于其他切削过程中。

在上述解释的各个图中，只显示了通过将断屑器顶部用夹紧装置夹紧而使断屑器与平前倾面的镶嵌式刀片一起用于切削过程的情况。但并非只局限于此，断屑器还可以用其他方式夹紧，例如，可在断屑器上开一个孔用于容纳夹紧装置，或是将断屑器与镶嵌式刀片一同固定在刀柄上，这样，可以夹紧根据本发明的断屑器。此外，还可以将断屑器与镶嵌式刀片成形为一体，即构成根据本发明的镶嵌式断屑刀片，这种刀片上组合了至少一个根据本发明的断屑槽以及一个镶嵌式刀片。

根据本发明的断屑器可以在有或没有冷却液的加工条件下使用。在干式切削时使用本断屑器，可以将切屑断裂成小于一周的小碎片；在有冷却液时使用本断屑器，也可以将切屑断裂成小于一周的小碎片，这与干式切削的切屑类似，但切屑的断屑的圆弧半径要比干式切削的切屑小且齐整，这是由于冷却作用降低了材料的韧性。

一般说来，虽然图示中的断屑器上各表面均为平面(除了图11中的表面96)，但它们在保证能够实现杠杆断屑过程的前提下，可以制成其他的形状。

Claims (19)

1、用于金属切削过程中的断屑装置，可在金属切削过程中将切屑从工件上的切屑形成的剪切面上切断，该断屑装置包含杠杆形成部件，用于将一个切屑成形为一个杠杆，该杠杆可施加一个作用力以增大剪切面上的剪应变直至剪切面上有断裂发生。

2、根据权利要求1的装置，其杠杆形成部件包含一个回转表面，用于将一个上述切屑向着一个反作用表面弯曲，同时还在该回转表面与上述切屑接触的地方形成一个支点。

3、根据权利要求2的装置，其上还包含一个导向表面，用于引导上述切屑向上述反作用表面滑移。

4、根据权利要求3的装置，其上还包含一个侧流限制表面，用于限制上述切屑的侧向滑移。

5、根据权利要求4的装置，其上还包含一个刀具主切削刃约束面，而侧流限制表面与刀具主切削刃约束面间的夹角ψ可由下面公式表达出：

ψ＝90°-η

其中η代表切屑侧流角。

6、根据权利要求3至5中任意一款的装置，其导向表面与回转表面合并起来，成形为单一的弧形表面。

7、根据权利要求3至6中任意一款的装置，还包含一个辅助反作用表面，用于在其接触到上述切屑的屑体时提供一个辅助的反作用力。

8、根据权利要求1的装置，其上包含一组表面用于修正切屑运动方向。

9、根据权利要求2至8中任意一款的装置，其上的至少一个上述表面的位置可调。

10、用于金属切削过程中的断屑装置，包含这样的部件：对于任何加工条件，这些部件均可以增大切屑形成的剪切面上的剪应变，直至上述切屑在剪切面上断裂。

11、根据权利要求10的装置，其包含一组表面用于修正上述切屑的运动方向。

12、根据权利要求11的装置，其上的至少一个上述表面可调。

13、根据上述权利要求中的任意一款的装置与一个镶嵌式刀片构成组合体，该镶嵌式刀片带有一个用于杠杆的反作用表面。

14、根据权利要求1至12中的任意一款的装置与一个工件构成组合体，该工件上带有一个用于杠杆的反作用表面。

15、根据权利要求1至12中任意一款的装置，与一个镶嵌式刀片成形为一体式的结构。

16、根据权利要求1至12中任意一款的装置，由一个以上的部分组装而成。

17、一种用于金属切削过程中的断屑方法，其包含这样一个步骤：对于任何加工条件，增大切屑形成的剪切面上的剪应变，直至一个上述切屑在剪切面上断裂。

18、一种用于金属切削过程中的断屑方法，可在金属切屑过程中将切屑从工件上的切屑形成的剪切面上切断，该方法包含这样一个步骤：将切屑成形为一个杠杆，从而施加一个作用力以增大剪切面上的剪应变，直至剪刀面上有断裂发生。

19、根据权利要求18的方法，还包含下列步骤：(1)向上述切屑的头部施加一个作用力，上述头部形成上述杠杆的加力点；(2)在上述切屑的头部与根部之间提供一个支点。

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