程顯敏

（哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

1 引言

槽銑刀又叫三面刃銑刀，屬于粗加工用銑削刀具，主要應(yīng)用在溝槽、臺(tái)階面等加工場合，兩端刃和周刃同時(shí)參與切削并且屬于封閉或半封閉加工的類型，在切削深槽過程中，切屑被封閉在容屑槽內(nèi)，只有在刀齒切離工件時(shí)切屑才會(huì)被排出，這就要求槽銑刀的容屑槽空間要足夠容納未排除的切屑，否則就會(huì)增加切削阻力，影響正常切削。

2 切削試驗(yàn)

如何合理地優(yōu)化槽銑刀的容屑槽尺寸，是槽銑刀設(shè)計(jì)過程中不容忽視的問題。為了進(jìn)一步了解槽銑刀的排屑及容屑情況，我們對未改進(jìn)的354L5B315-10 型號(hào)的槽銑刀進(jìn)行了切削試驗(yàn),試驗(yàn)分四種切削參數(shù)進(jìn)行：（1）ae=10mm，Vc=228m/min，fz=0.1mm；（2）ae=25mm，Vc=400m/min，fz=0.15mm；（3）ae=35mm，Vc=330m/min，fz=0.15mm；（4）ae=70mm，Vc=400m/min，fz=0.17mm。

當(dāng)ae=10mm、25mm、35mm 時(shí)切削較淺，切屑較短，卷曲的體積較小，刀齒很快切離工件，切屑易于排出，所以不會(huì)出現(xiàn)排屑問題，切屑正常（如圖1）；當(dāng)ae=70mm 時(shí),切屑較長，卷曲的體積較大，并且刀齒切削工件的時(shí)間較長，切屑被封閉在容屑槽內(nèi)，而容屑空間不夠就會(huì)產(chǎn)生對切屑的作用力，使切屑發(fā)生擠壓變形，不能正常卷曲，堆疊在一起（如圖2）。影響正常切削，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)塞滿容屑槽使刀片崩刃。

圖1 正常切屑

圖2 非正常切屑

從圖1 可以看出，我們試驗(yàn)得到的正常切屑為受到工件阻礙折斷后的切屑。在槽銑刀切削過程中，容屑槽正是決定切削卷曲及折斷的決定因素。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于這種情況我們對槽銑刀的容屑槽設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在加工韌性金屬時(shí)，根據(jù)切屑的卷曲特點(diǎn)通常將容屑槽設(shè)計(jì)成圓弧加斜線型，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果容屑槽的設(shè)計(jì)參數(shù)不同，效果就不一樣，當(dāng)容屑槽參數(shù)較合理時(shí)，容屑槽對切屑的作用是順其自然略加疏導(dǎo)，切屑卷曲成圖3 所示的屑卷，就像圖1 所示的切削情況，當(dāng)容屑槽參數(shù)不合理時(shí)，容屑槽對切屑產(chǎn)生阻礙，使之不能正常卷曲，堆疊在一起（如圖4），也就是圖2的切削情況。所以我們在設(shè)計(jì)容屑槽時(shí)，在保證刀體強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量使容屑空間大，尤其是斜線角度盡量大，使之形成敞開式空間，圓弧R 不要過大或過小，它會(huì)影響切屑的曲率半徑，從而影響切屑卷曲后體積的大小，一般根據(jù)空間的大小取R=4～10mm。

圖3

圖4

切屑能否正常卷曲還與容屑槽的體積有關(guān)，當(dāng)容屑空間不夠時(shí)勢必會(huì)阻礙切屑的卷曲。槽銑刀容屑槽到底能容納多少切屑，這需要我們進(jìn)行一下計(jì)算，銑刀片在切削過程中，只有銑刀刀片的部位參與切削工件，所以切削產(chǎn)生的切屑的體積只有銑刀刀片的部位，故容屑槽體積的計(jì)算只用銑刀片部分的容屑槽體積。

計(jì)算公式為：V1=S×as，式中，V1為容屑槽的體積，S為容屑槽截面，as刀片切削刃厚度，圖5中，容屑槽體積為0.628cm3。

圖5

圖6

切屑的體積公式為V2=L×fz×as，式中V2為切屑的體積，L為切屑未折斷的長度，fz為每齒進(jìn)給量，as刀片切削刃厚度。

根據(jù)弧長公式L=N×π×R/180，式中N為圓心角，R為銑刀半徑。當(dāng)ae=70mm，L為直徑315、銑刀圓心角為56°的弧長為153.86mm，（如圖7）切屑的體積為0.124cm3，由于切屑卷曲蓬松體積發(fā)生變化我們需要引入一個(gè)蓬松系數(shù)K，經(jīng)驗(yàn)值一般取K=10，那么切屑的實(shí)際體積為V2=0.124×10=1.24cm3＞容屑槽體積0.628cm3，很明顯容屑空間不夠用。

圖7

圖8

根 據(jù) 分 析，對354L5B315-10 型號(hào)的槽銑刀進(jìn)行了改進(jìn)，容屑槽設(shè)計(jì)成如圖8 所示形式，將斜線角度加大，從而使容屑槽的體積加大，改善后容屑槽體積V1=1.4cm3＞V2=1.24cm3，通過試驗(yàn)，切削狀況得到明顯改善，尤其是切深槽時(shí)沒有發(fā)生切屑積壓現(xiàn)象。

4 其他因素分析

切屑的折斷與卷曲還和銑刀的幾何角度有關(guān)，尤其是銑刀的前角，軸向前角影響切屑的流向，徑向前角影響切屑的受力以及折斷情況，現(xiàn)在許多銑刀片的各種斷屑槽型就是為了合理地控制切屑的流向、折斷及剝離設(shè)計(jì)的［1］。另外，還要合理地選擇切削參數(shù)，控制切屑的厚度，以便于切屑的折斷和卷曲。所以在優(yōu)化槽銑刀排屑槽尺寸的同時(shí)，我們還需要合理地優(yōu)化槽銑刀的幾何角度以及切削參數(shù)，使槽銑刀的性能更加合理化。

5 結(jié)論

通過以上分析改進(jìn)，槽銑刀排屑槽的合理化過程是銑刀設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，許多設(shè)計(jì)如銑刀的幾何角度、刀體的強(qiáng)度以及其他設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理都需要這樣的反復(fù)驗(yàn)證過程。隨著金屬切削技術(shù)的不斷發(fā)展，對金屬切削刀具的性能也要求越來越高，在設(shè)計(jì)過程中對銑刀不斷優(yōu)化改進(jìn)，將大大提高其切削性能。

本文對槽銑刀的容屑槽進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其合理化，有助于銑刀切削情況的改善，從而提高銑刀的加工效率。

［1］陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.