哈爾濱中天數(shù)控工具有限責任公司
公司網(wǎng)站：www.m.hmniuwr.cn
服務熱線：0451-82340716
服務熱線：0451-82340716
開發(fā)研制的新結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金刀片LNMX 301940，在車削異形工件時具有更高的壽命和斷屑可靠性。列出生產(chǎn)測試刀片在車削火車輪輪對工序時的結(jié)論。
在自動化生產(chǎn)中，金屬切削工序的編制出現(xiàn)一個特殊問題，那就是切削刀具可靠性的提高和有利形狀切屑的持久性獲得。選擇可塑材料的成型毛坯的車削工具有一重大難題。進給方向的改變導致運動切削力和剪切層截面尺寸的改變，在這些情況下，標準幾何形狀切削刀片像效果不大的鐵塊。這樣的工序?qū)儆诹熊囓囕喌能囅骷庸ぃ囕喌膫淞蟻碜詫Ｓ娩?，在加工時可控的混合切屑很難形成。通過研究，已磨損車輪使用的修復方法是輪對工作面外圓車削。已磨損車輪的可加工性由于硬化層（也稱作滑履）的存在而急劇降低，這些情況發(fā)生在車輪與鋼軌的急劇制動而產(chǎn)生的摩擦下。制造和修復火車輪是在專用的雙刀架數(shù)控機床上進行的。輪圈輪廓的加工包括：與軸心45°進給加工倒角、輾壓面的縱向車削和輪箍的輪廓（輪緣凸起部分，車輪在道軌上運動時的導向部分）的車削。
加工方式:吃刀量t = 5…7 мм，進給量s = 0,7…1,2 мм/об,切削速度v = 0,5…0,8 м/с.機車車輪的直徑加工范圍是750…1050 мм.在切削刀具的性質(zhì)上，運用帶立放裝夾底座的左和右組合車刀。刀片做成對稱性狀，可以完全充分利用它們加工左右車輪。
加工車輪的基本問題包括，降低切削刀片的成本和切削操作中不可控帶狀切屑的生成。并且去除切削層上切屑對于提高刀具工作能力有著重要意義。操作測時表明，為了維持目前金屬切削設備正常工作，由于加工時不良切屑形成，90%的情況下需要人為干預。長長的帶狀切屑纏繞在機床、刀具或零件上，撓傷輪子的已加工表面，堆滿工作臺，根據(jù)現(xiàn)場操作檢查，這種加工過失是實際存在的，因此不能安排看管多機床的服務。同樣存在新一代無人操作的車輪修整的自動化復合機床有效利用率的問題。
降低切削刀片的成本受到磨損車輪表面存在滑履的限制。在切削帶有大量滑履的情況下，切削刃崩刃和刀片損傷的概率急劇增加。在機車車輪大批量生產(chǎn)的情況下，解決提高刀具工作能力和穩(wěn)定獲得有利形狀切屑的課題有著重要實用意義。
解決這個課題最有效的途徑是切削刀具結(jié)構(gòu)的優(yōu)選法。目前創(chuàng)造這樣刀片的工作一直持續(xù)著，在大量的主要的工業(yè)試制研究中，一些主流公司提出了γ結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在推廣的是沿切削刃周邊做成負倒棱刃前角和折線形斷屑槽的刀片（圖-1）。
圖-1 切削刀片LNMX 301940的標準幾何形狀；加工輪緣時切屑的形狀；刀片前刀面磨損的特征
分析標準刀片的切削機制得出，在加工倒角和輪緣時切削層厚度а1 小于負倒棱刃的寬度，因此切屑繞過斷屑槽以帶狀形狀從車刀上流出。在縱向車削車輪表面時，接觸可塑區(qū)域的切屑從斷屑槽后壁流出，導致斜面上的切屑最多的彎曲變形并且增大切削力。一些數(shù)據(jù)結(jié)論證實了刀具前刀面的磨損特性——磨損月牙槽不在刀片的前刃面上，而是在斷屑槽的凸臺上。刀片的最大磨損處不由自主地處于與‘滑履’硬化層相互作用的區(qū)域，在這個位置發(fā)生裂紋，導致崩刃或刀片斷裂。
除了刀具公司推出的帶有折線形斷屑槽的標準刀片和其它結(jié)構(gòu)的可轉(zhuǎn)位刀片。被廣泛推廣的是前刀面帶有峰形花紋的刀片，這種花紋又被稱作魚骨。對這種刀片工作能力的研究表明，并不能成功解決加工倒角和輪緣區(qū)域時切屑折斷的難題，而過度的切屑形變會導致切削力增大、出現(xiàn)震動、放射火花和降低刀具壽命。
分析火車輪的機械加工情況得出，試驗途徑探索到的最佳結(jié)構(gòu)是立裝夾持的可轉(zhuǎn)位刀片，不考慮機械加工工藝與卷曲和折斷的切屑的因果關系，不能夠制定出可行的實際解決方案。在切屑成形的立體空間的控制和模型試驗的基礎上，或許可以得到有利形狀的切屑，從而解決提高刀具壽命的問題。
在切削刀片設計時用的是系統(tǒng)分析法。對刀具觀察得出，結(jié)構(gòu)和功能方面之間存在必然的聯(lián)系，并且構(gòu)成統(tǒng)一整體。系統(tǒng)分析法提供了把刀具設計任務分成多部分并采取最佳方案的可能性。
根據(jù)刀具功能和結(jié)構(gòu)特性的統(tǒng)計總和得出輪緣區(qū)域的特殊性，加工時的切削狀況各不相同。確定了每次從這個區(qū)域脫離的切屑的最有利狀況，計算刀片前刀面的幾何參數(shù)，刀片刀刃工作時受到切削條件的變化不定以及刀具的耐磨性和強度的技術限制，使得切屑破碎存在折衷的解決辦法。切屑卷曲和折斷的預測在其工作中得到實現(xiàn)。
在輪緣剖面加工模擬的結(jié)果表明，剪切角改變4.1倍，剪切層的平均厚度和寬度在背吃刀量t=6mm的情況下分別改變2.5倍和2.4倍。在加工40°的倒角時參加切削的切削刃長度為11.1mm，在這個部分的剪切層厚度等于0.7mm。在滾道部分的外圓車削操作中，切削刃的長度減少到7.8mm，而剪切層厚度增大至1mm。隨著0.4mm的剪切層厚度，在輪緣側(cè)面的加工中參與的切削刃的最大長度為18.9mm（圖-2）。
圖-2. 火車輪輪邊剖面加工示意圖
不同的切削狀況下，沿著刀片切削刃必將形成變化無常的參數(shù)，像硬化斜面以及與之毗鄰的卷屑面。考慮到切屑形成的特點，在橫向面縱向面都對稱的刀片上，不同區(qū)域切削的刀片，其支撐面應當實現(xiàn)相應的收縮 。在結(jié)構(gòu)中刀片能夠隨著刀片中心實現(xiàn)切削刃角度傾斜的分段變化。運用這個結(jié)構(gòu)能夠提高切屑的剛度，因此提高斷屑的可能性，同樣能夠改善在“滑履”硬化層上切削刃切入的狀況。使切屑變形的凸起部分位于刀片的周邊的過渡區(qū)，這些凸起部分能夠提高破碎寬厚切屑的穩(wěn)定性，以及刀片的內(nèi)部應力。
為了提高切屑的剛度和應力，在與正常的阻撓相互作用下必須保證切屑橫切面相對于切屑螺旋面軸心回轉(zhuǎn)。建立這些條件可以使切屑空間形成的控制方式，不僅依靠流出面，而且依靠前刀面和切屑橫截面的卷曲。切屑形成的模擬過程顯示，為了斷屑穩(wěn)定性，可以在減小主偏角的情況下合理的利用切屑向已加工面移動的自然走向。增大這些效果可以依靠建立特殊的沿切削刃變化幾何角度的刀片形狀。這樣的前刀面可以實現(xiàn)可變的曲率以及前角的不斷增大。切屑卷曲面的形狀因刀尖附近的凸起部分而改變，從刀片的圓弧區(qū)域到中間凹陷的區(qū)域。用從刀尖削減的措施可以實現(xiàn)切削刃的曲線化和落差化。
在刀具的前刀面創(chuàng)造凹凸的良好的幾何形狀，這些球形凸起部分在刀具的工作能力中展現(xiàn)出很好的優(yōu)勢。切屑與刀具的接觸面縮小，收縮率與切削力下降，有利地增加刀具壽命。刀尖的正前角不會降低刀具的強度，這樣載荷在中部，在加工“滑履”的工序中相互作用，最大限度的增強有效切削刃的區(qū)域?？勺兊慕铅伺cγ共同作用，在刀具切入“滑履”的情況下展示出良好的效果。刀具上的載荷不是瞬間的增加，而是逐漸增加。
為了縮小切削層厚度的范圍，沿刀片切削刃需要在刀片三分之一位置處向刀片中間增加角φ，在加工輪緣時刀具平面角增加到 4°能夠使中間的切削層厚度增加到0.08mm，也就是切削層厚度的分散范圍減小到25?%?？紤]到這種刀具的使用，倒角的最小寬度可以減小到0.4mm。
運用這些原理設計出了 LNMX?301940-60.用來批量測試的刀片已經(jīng)用硬質(zhì)合金РТ573, РТ33制成.刀片的測試已經(jīng)在莫斯科輪對修復車間順利完成。通過在生產(chǎn)條件下對刀片工作性能的研究得出，結(jié)構(gòu)優(yōu)選法能夠提高刀具強度，并且能夠在整個車輪輪廓加工中得到穩(wěn)定的折斷的切屑。在加工最寬的滾壓面、倒角和輪緣頂端時發(fā)現(xiàn)，能夠持續(xù)穩(wěn)定的獲得逗號形狀的和雙環(huán)螺旋線的折斷的切屑。在問題最嚴重的部分——輪緣的型面車削中，順利取得了折斷的波浪形的切屑（圖-3）。
圖-3. 輪箍的加工和在最新結(jié)構(gòu)刀片的切削下形成的切屑的典型形狀
最新開發(fā)的復雜型面的刀片的結(jié)構(gòu)，能夠促使熱機載荷沿刀具切削刃有利地分配，刀具的磨損相應均勻分配，從而提高刀具壽命。
刀具的車削耐用性，在高速切削時平均提高了3倍。運用這些新型的刀具提高了生產(chǎn)率和機加工可靠性，切削功率減少到30%。
作者 ：米哈伊洛夫·斯達尼斯拉夫·瓦西里耶為奇（科斯特羅馬國立工藝大學） 來源：中國刀具商務網(wǎng)
