切断车刀的改进及其选择性使用

切断车刀的改进及其选择性使用
切断车刀主要用在卧式和立式车床、回轮和转塔车床、自动和半自动车床、数控车床以及车削中心上切断杆料，也可用於切槽、切左右端面、倒角等工作。

切削过程中，切削区排屑困难，冷却不足，刃宽较窄（通常刀头宽度B=0.6mm，式中d为被切工件直径，单位为mm）、刀头厚度小而伸出臂长，其强度、刚性、散热及切削条件差，当切削接近到工件中心时，实际工作後角变为负值，切削力较开始切断时显着增大，常会引起振动、挤压、“紮刀”或打刀等现象。

为此，须对切断车刀的刃形和结构加以改进，而实践业已证明，这样做效果很好。

改变刀具的刃形
切断车刀切削刃的形状（刃形）除直接影响刀具强度外，还会影响切削变形、切削力、排屑及刀具工作角度的变化。

因此，必须根据具体条件选择合适的刃形。

生产中常见的切断车刀刃形如图1所示。

图1 切断车刀的刃形
平直刃型如图1a所示，它刃磨简单，切下的工件两端面平整，切削变形小。

但两个刀尖角小，散热条件差，刀尖易磨损，而且由於切削层的横向（膨胀）变形，易使切屑堵塞在加工表面槽壁之间，增加了排屑的困难，易引起振动、挤压、“紮刀”或打刀等现象。

主要用於强度、硬度不高的低碳钢及有色金属的切断加工。

高速钢切断车刀一般磨成这种刃型。

单斜刃型如图1b所示，在工件将切断时切削刃逐渐切出，减小了工件芯部残留芯柱，但因其切削力的水平分力F会使刀头向尾座方向偏斜，切出工件端面中心内凹。

单斜刃型切断刀适於切割管类零件。

双过渡刃型如图1c所示，在平直刃型的两个刀尖处磨出偏角为45°、长度bɛ≈B/5（B为刀头宽度）的两条过渡刃即成双过渡刃型。

由於增大了刀尖角，刀具的强度和散热情况得到改善，有利於提高刀具寿命，适於加工碳钢、工具钢等中等强度的钢料。

折线形切削刃型（平剑刃型）如图1d所示，它采用一刀多刃分解切削，把一条平直主切削刃上两个强度最弱的刀尖处磨成两条斜切削刃，使刀尖角增大到150°，两条斜刃和两个副切削刃间夹角也成为118°~119°，既增加了刀尖强度和散热条件，也减少了单位切削刃长度上的切削负荷。

由於在刀具上要磨出一定前角，故两条斜刃会自然形成两个负刃倾角λp，如图2所示，从而使普通平直刃的单纯推切削变为一小段平刃推切和两条斜刃起剃削作用的斜切削，平刃在切断时起引导作用，而斜刃可增大实际切削前角，使切削刃钝圆半径减小，刃口更为锋利，从而使切削阻力减小。

图2 折线形切削刃的参数
此外，因两侧斜刃上的切屑要垂直於刀刃方向流出，所以会使形成的切屑横截面收缩，宽度变窄，不易挤在工件的两个槽壁之间，有利於切屑的排出。

折线形切削刃的参数可取为：
b=a≈B/3（B为刀头宽度），κrɛ=30°, bɛ=b/cosκr1 。

因两条斜刃的长度大於一小段平直刃长度，这样就形成了一种“以剃为主，推切为副，推剃
并用”的新型切削方式。

这种刃型适於强力切割中碳钢和合金钢等材料，切出工件端面也较平整。

双斜刃型（人字型）如图1e所示，它是图1d刃型中取消一小段平直刃的特例。

切削时它充分利用斜角切削的原理，适於加工强度高、韧性大的金属，如合金工具钢、高速钢及不钢等材料。

图1f为在双斜刃上再磨出一条R=0.5~1mm带小圆弧槽的刃型，在工件表面上形成一道圆环形凸筋，起导向与消振作用。

屋脊刃型如图1g所示，它耐冲击，具有较高强度，适於加工各种不回火铸铁、白口铁和六角钢等工件。

台阶刃型如图1h所示，它能以较大的进给量切削各类碳钢及不钢等材料。

其主要特点是刀具导向及分屑性能好。

圆弧刃型如图1j所示，刀具寿命高，在相同的加工条件下，可比普通平直刃切断车刀的切削速度提高20％左右，但刃磨困难，主要用於加工各种小圆弧工件。

凹面刃型如图1k所示，是在图1j刃型的前刀面上再用小直径（小於50mm）砂轮修磨出近似於30°的全凹形弧面，因前角较大，故适於加工特软和粘性的材料，如橡胶滚筒、胶皮轴类以及软铅、铝、塑胶等。

瓦楞刃型如图1l所示，适於加工各种脆性材料。

其特点是能使原飞溅的碎屑变形，卷曲成瓦楞状而折断，操作安全且粉屑少。

由上可知，上述各种刃形总的特点是强化了刀尖，减少了单位切削刃长度上的切削负荷，使排屑顺利，还有一定的抗振作用。

必须指出，我国目前硬质合金刀片在这方面很不完全，各种刃形须靠操作者手工磨出，品质难以保证，而国外如瑞典SANDVIK公司已有硬质合金切断（槽）车刀的八类刃形刀片供用户选用，如图3所示。

图3 SANDVIK公司切断刀硬质合金刀片分类
正确选择刀具的几何参数
切断车刀主要的几何参数如图4所示。

图4 切断车刀的几何参数
前角：前角γo为使刃磨和测量方便，通常切断车刀只给出进给方向上的前角γf。

在平直刃上γo=γf。

前角在刀具强度允许的前提下，应尽量取大值。

加工中碳钢时，硬质合金切断车刀的前角，一般取10°~20°，高速钢切断车刀可取15°~25°。

为了控制切屑形状和使排屑顺利，常在切断刀的前刀面上磨出直线圆弧形卷屑槽（图4a）或圆弧形卷屑槽（图4b）。

圆弧半径R及卷屑槽宽度W要根据被切断的工件直径而定。

此外，最好在卷屑槽上磨出一个斜角τ（可取10°），以使切屑向车床尾座方向流出（见图5）。

图5 卷屑槽斜角的作用
为加强切削刃，防止打刀，硬质合金切断车刀的刀刃上可磨出一个br1=(0.4~0.6)f与
γo1=-5°~-20°的负倒棱，式中f为进给量。

後角：後角应尽量用小值，以增强切削刃和减小切削时的振动。

通常取=2°~6°。

有时，还在近切削刃处磨出一小段宽为0.1~0.2mm、後角为0°的窄棱面（刃带），以增加阻尼,减小切削时的振动。

为避免过分削弱刀头强度，一般切断车刀上的副後角会根据不同材质作如下界定：
αo=1°30’~2°(高速钢)
α=2°30’~3°30’(硬质合金)。

偏角：主偏角的大小决定於刃形。

平直刃型切断刀κr=90°，双斜刃型上κr=60°。

当工件芯部不留残留芯柱时，κr=75°~80°。

副偏角的大小影响刀具强度和刚性，因受刀头宽度尺寸的限制，一般切断车刀上的副偏角κr=1°~2°(高速钢)及κr=1°30’~3°(硬质合金)。

改进切断车刀的结构选择
切断车刀按其结构分整体式、焊接式及机夹式三种。

高速钢切断车刀一般用整体式。

焊接式及机夹式主要用於硬质合金车刀上。

焊接式切断车刀虽然具有结构简单、便於制造、刀片与刀体连接可靠、刃磨方便等特点，但硬质合金刀片在焊接过程中常会产生裂纹。

而采用机夹式切断车刀，可避免因高温焊接引起的刀片硬度下降和产生裂纹等缺陷，可提高刀具的使用寿命。

目前按国家标准GB/T10953生产的机夹切断车刀都采用上压式结构。

图6所示为上压式机夹切断车刀，它采用底面为120°凸V形的Q型刀片，通过螺钉和压板从上向下压紧刀片，压板前端可镶焊硬质合金作为断屑器。

刀片重磨後，旋动螺钉8，推动推杆6移动来调节刀刃位置。

其缺点是刀刃是直的，且前刀面为平面，不能使切屑横向产生收缩变形，容易与已加工表面摩擦，切屑易卡在槽内而引起打刀。

图7所示为自锁式可调直径的机夹硬质合金刀片切断刀。

刀片的上定位面或上下定位面为120°内凹V形面，并且上下定位面不平行，形成楔形。

用橡皮锤将刀片敲入刀槽内。

切断时，在径向力作用下，刀片将可靠地楔紧在刀槽内。

图7 自锁式机夹硬质合金刀片切断刀
这是一种结构较新型的切断刀，刀片上直接压制出断屑槽，其槽形能使切屑横向产生收缩而变窄，避免了切屑卡住在槽内，并使刀片碎裂。

近几年来，ISCAR公司推出的一种新型涂层硬质合金切断刀片（HELIGRIP霸王刀片），受到了人们的青睐。

如图8所示，它被作成双头的，一头磨损後可转位使用。

图8 新型涂层硬质合金切断刀片
正确选择切削用量和切削液
这种刀片采用了三维曲面槽型，断屑范围宽，适应性好，能同时适用於切断、仿形车削、切槽、车外圆、端面切槽、镗孔、镗内槽和车端面八种不同形式的加工，如图9所示，从而扩大了刀片应用范围，大大减少了刀具的库存。

图9 HELIGRIP霸王刀加工范围
正确选择切削用量和切削液，对提高切断刀的使用寿命也十分重要。

通常进给量可取
f=0.1~0.5mm/r ; 切削速度可取VC=10~30m/min(高速钢)及VC=50~120m/min(硬质合金)。

使用切断车刀时，须使切削刃对准工件中心高，刃磨时两侧切削刃必须对称，切削液供应须充分，切钢时可用5％~10％浓度的乳化液。

有条件时，可采用高压供给切削液（见图7），效果更好。

为防止切削液的飞溅及注射不匀，使用硬质合金切断刀时，也可不用切削液。

图10 高压内冷却切断车刀
国外新近还推出一种采用高压内冷却的自楔紧式硬质合金切断车刀新结构，如图10所示，特别适於高速加工高温合金等难加工材料。