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本
文介绍
车刀断屑槽形的选择
。
（
本篇选自《机械加工特色操作及实用案例》第三章第三节 车刀
车刀断屑槽形的选择
）
三、车刀断屑槽形的选择
(一) 切屑的卷曲与折断
1.切屑的流出方向和流屑角
φ
λ
切屑的流出方向对切屑卷曲与折断有重要的影响，流出方向与主刃法平面间的夹角叫流屑角
φ
λ
，如图 3-30 所示。由于影响切屑流出方向因素很多，目前尚不能准确预测流屑角的大小。直角自由切削时，切屑沿切削刃的垂直方向流出，流屑角
φ
λ
≈0
。斜角自由切削时（
如斜装的宽刃精刨刀
）
，
流屑角约等于工作刃倾角 （
φ
λ
＝
λ
se
）。
而对于一般的切削，除主切削刃外还受到副切削刃的影响。总的来看，切屑沿能量消耗最小的方向流出的原则是存在的。由于切削区根部材料呈塑性状态、作用在切屑上的力的微小变化都会影响切屑的流出方向。如断屑槽方向、 工件障碍、 刀具几何参数、 刀具磨损、 积屑瘤、 切削用量及工件材质的不均匀等，甚至切屑长度本身都影响切屑的流出方向。切屑的流出方向不但是切削机理研究中的一个重要难题，也直接关系到切屑的控制。断屑槽的作用方向若不与切屑流向垂直，就会影响其断屑效果。
图3-30
流屑角对切屑卷曲的影响
2.切屑的卷曲
切屑在流出过程中伴随着卷曲，切屑的流向和卷曲决定了切屑的形状。当切屑只有沿切屑厚度方向向上卷曲时，切屑的卷曲轴线与切屑底面平行，它们之间的夹角
θ
＝ 0°， 随着流屑角
φ
λ
的不同，形成的切屑形状也不同。由图3-30可见，当
φ
λ
＝0°时，切屑无横向流动，
则形成平盘形螺旋屑 （
发条状切屑
）。当
φ
λ
≠0°时，切屑向上卷曲的同时还沿其卷曲轴线移动，即切屑作螺旋运动。当
φ
λ
值较大时，若切屑转一圈的同时，移动的距离大于或等于切削层公称宽度，则形成管形螺旋屑；若
φ
λ
值较小，切屑沿卷曲轴线移动较小，则易生成锥盘形螺旋屑（
宝塔状切屑
）。
当切屑只有横向 （
侧向
） 卷曲，而无向上卷曲时，切屑的卷曲轴线与切屑底面垂直（
θ
＝90°
）
，
形成垫圈样的环形螺旋屑。
当切屑既有向上卷曲又有侧向卷曲，切屑流出角
φ
λ
也不为零，随各参量大小不同则可生成环形或锥形螺旋屑。当切屑向上或横向卷曲均较小时，就形成长条或无规则带状切屑。若在刀具前面制出断屑槽，可使经过基本变形（第一、 第二变形区的变形
）
而流出的切屑再次产生卷曲变形—附加变形，致使切屑更加变硬变脆而更容易折断。因此，切屑的卷曲与折断有着密切的关系。
切屑向上卷曲的曲率半径
r
DX
与断屑槽的参数有关。以直线圆弧型断屑槽为例，当切屑底面与断屑槽肩部相接触时，如图3-31所示。切屑在断屑槽内卷曲的平均曲率半径
r
DX
可由几何关系算出：
式中
W
n
——断屑槽宽度（ｍｍ）；
h
n
——断屑槽深度（ｍｍ）；
h
DX
——切屑厚度 （ｍｍ）；
l
f
——切屑与前面接触长度，切钢时
l
f
≈
h
DX
（ｍｍ）。
图 3-31 断屑槽对切屑卷曲的影响
焊接车刀的断屑槽是在刃磨刀具时磨出的，而可转位车刀则是在生产刀片时直接压制成形。
（1）断屑槽截形。断屑槽的截面形状和尺寸，对断屑性能及切削效率有着重要影响，其基本截形有直线圆弧形、折线形、全圆弧形，它们的法平面截形如图3-32所示。
直线圆弧形断屑槽：这种截面由直线和一般圆弧组成，车刀的前面是由靠近切削刃的平面部分构成，断屑槽的基本参数为：宽度
W
n
＝1~7mm
，圆弧半径
R
n
＝（0.4~0.7）
W
n
，楔角
β
o
≤40
，负倒棱宽度
b
n
≤
ｆ
o
，
R
n
及
W
n
是影响屑形的主要因素，其中
R
n
的大小直接影响切屑卷曲半径。
图 3-32 断屑槽的基本截形
折线形断屑槽：其由两段直线相交而成。槽底角
θ
代替了上述的圆弧半径
R
n
的作用。取小的值时，切屑卷曲半径小，
θ
值太小会使切屑堵塞在槽中，易造成打刀；
θ
值太大会使切屑卷曲半径加大而不易折断。槽度角一般推荐选用110° ~120°。
全圆弧形断屑槽：在相同的前角和槽宽的情况下，全圆弧形断屑槽槽具有较高的切削刃强度，因此适用于较大前角及重型车刀。其截形的槽宽
W
n
、圆弧半径
R
n
和前角
γ
o
之间存在以下近似关系
（2）断屑槽槽形斜角。断屑槽槽形斜角是指断屑槽相对主切削刃的倾斜角，有三种形式，如图3-33所示。
图 3-33 常用断屑槽槽形斜角
Ａ形：该槽形特点是前后等宽，等深的开口半槽，称平行式。这种槽形可在
a
p
变化范围较宽的情况下，仍能获得较好的断屑效果。但对某种槽宽的刀片而言，其断屑范围较窄，槽宽应根据进给量确定。
Ｙ形：其特点是前宽后窄的开口半槽，也称外斜式，这种槽形Ａ处切削速度高，槽宽窄、槽深小，切屑在此处先卷曲，且卷曲半径小。在槽的Ｂ点处切屑卷曲慢，且槽深大，槽底形成负刃倾角，使切屑易于与工件表面相碰而形成弧形屑。此种槽形用于中等背吃刀量
a
p
时，断屑稳定可靠。当
a
p
大时，由于Ａ、Ｂ两处卷曲半径相差过大，切屑易堵塞。
Ｋ形：槽形是前窄后宽的开口半槽，也称内斜式。与Ｙ形相反，Ｂ处槽宽窄、深度小，槽底具有正刃倾角，故切屑易背离工件流出，形成管状或环状螺旋屑。它的断屑范围较窄，主要适用于切削用量较小、精车及半精车情况下，也常用于孔加工时引导切屑从孔口流出。
2.断屑槽参数的选择
（1）切削碳素钢。中等背吃刀量和进给量（
a
p
＝1~6mm，
ｆ
＝0.2~0.6mm/ｒ
）条件下，用硬质合金车刀切削中碳钢时，若要求形成Ｃ形屑，推荐采用直线圆弧形断屑槽，取圆弧半径
R
n
＝（
0.4~0.7
）
W
n
，选外斜式
τ
＝8°~10°，也可以选用平行式，断屑槽宽度
W
n
选成等于或略大于所采用的最大
a
p
值，进给量范围约为
ｆ
＝
W
n
/10~
W
n
/14。
小背吃刀量时 （
a
p
<１mm
），若采用上述的断屑槽则不容易断屑。由于断屑槽太宽，切屑在刀尖圆弧和副切削刃的作用下，不经过槽底而在靠近刀尖附近就拐向主切削刃流出，得不到附加的卷曲变形。为此所选断屑槽形及参数必须使切屑在刀尖附近拐弯以前，就迫使它先在槽中卷曲或变形。如图3-34所示，此时可采用Ｄ形断屑槽，刃磨成45°斜角槽；也可选直线圆弧形的Ａ形断屑槽，当
ｆ
＝0.1mm/r时，可取
W
n
＝3
f
，
h
n
＝
ｆ
，
R
n
＝
ｆ
/２。
大背吃刀量，大进给量（
a
p
>10mm，
ｆ
＝0.6 ~ 1.2mm/r
）条件下，由于切屑宽而厚，若形成Ｃ形屑易损坏切削刃，且碎屑会飞溅伤人。通常采用全圆弧形断屑槽并加大圆弧半径
R
n
，减小槽深，使切屑卷成发条状顶在过渡表面折断，或靠自重坠落。根据加工大件的经验，断屑槽推荐以下参数：槽宽
W
n
＝10
ｆ
，圆弧半径
R
n
＝（
1.2~ 1.5
）
W
n
；选用平行式或外斜式：
τ
＝0°~ 6°。对于上压式可转位车刀（
见图3-24
）， 用压板形成断屑槽时，槽底角取θ＝125°~ 135°。
图3-34 小背吃刀量45°斜角槽及其断屑范围
由于低碳钢切屑变形大，在相同条件下切屑厚度
h
DX
比中碳钢厚，故易断屑。切削实践证明，采用同样的断屑槽参数，低碳钢断屑范围要比中碳钢宽。所以，切削低碳钢时可以采用与切削中碳钢相同的断屑槽参数。
（2）切削合金钢。一般来说，合金钢的强度和韧性比中碳钢不同程度地有所提高，增加了断屑的难度，故需要适当增大附加变形量。如切削18CrMnTi、38CrMoAl、
38CrSi等合金钢，推荐采用外斜式断屑槽，槽宽
W
n
和圆弧半径
R
n
都应适当减小些。
(３) 切削难断屑材料。在金属切削加工中，经常会遇到一些特别难断屑的金属材料，如高温合金、高强度钢、耐磨钢及不锈钢等难加工材料，及纯铜、无氧铜、纯铁等。若采取上述断屑槽，仍不能顺利断屑时，可采取变革主切削刃形状，采用特殊断屑器，振动断屑等达到断屑目的。例如，生产中使用的纯铜和无氧铜断屑车刀，在车刀的后面上磨出多条弧形槽，使主切削刃成波纹形的搓板状 (后搓板车刀)。图3-55所示为双刃倾角切削刃，即在主切削刃上靠近刀尖处磨出第二个刃倾角。双刃倾角可与普通的外斜式断屑槽配合使用，槽宽
W
n
＝3.5~ 5mm，外斜角
τ
＝6°~8°，第一刃倾角
λ
s1
＝-3°，第二刃倾角
λ
s2
＝-（20°~25°），长度
L
λs2
＝
a
p
/3。它适用不锈钢的粗加工，断屑效果较好。切削用量最佳范围为：
a
p
＝4~15ｍｍ，
ｆ
＝0.1~ 0.35mm/r，
v
c
＝80~100ｍ / min。这种车刀刀尖强度好，切屑卷曲半径大，多数成锥盘形螺旋屑 （宝塔屑
）
或短管状螺旋屑，但径向力比单刃倾角车刀增大 20％ ~ 30％ ，当工艺系统刚度差时不宜选用。
图3-35 双刃倾角切削刃
本书围绕车削加工特色操作法、专用夹具、专用量具、检测等制造方面的经验常识，各种车削加工案例，数控刀具经典解决方案，疑难零件加工案例和产品失效分析等多方面内容进行阐述，是技能大师孟祥志的绝招绝技及工作室核心成员多年工作宝贵实践经验的结晶，对技术交流和成果推广有很好的推动作用。
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