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瓦尔特的模块式端面切断刀具 |
在现代金属加工中，在具有复杂棒料进给机构的自动化设备或最先进的CNC机床上可以进行切断加工。但如果切断刀片的硬质合金牌号选择不当，可能会导致停工、刀具损坏、刮削工件，甚至破坏机床。
为获得理想的切断效果，需要详细了解切断机理。其中的许多变量必须加以考虑：(1)工件材料和形状；(2)机床；(3)与零件中心轴线相关的切削刃；(4)刀片和断屑器的类型；(5)硬质合金牌号和涂层；(6)影响刀具寿命的其他切削条件。本文主要讨论前三个变量。
1．工件材料和形状
为简化问题，这里讨论三种最普通的工件形状——实心、空心和要求断续切削的不规则形状(如方型和六角型材料和壁厚不一致的空心材料)。
材料一般分为7种类型，为简化问题，这里分为三类。
- 第一类为要求使用锋利的正前角切削刃进行切削的材料。它包括高温合金、钛合金、铝材、塑料和其他非铁金属以及奥氏体不锈钢。锋利的切削刃能防止这些材料的工作硬化。例如，锋利的切削刃允许使用高的切削速度和进给量，并能整齐地切断硅铝合金而不会留下卷边。同样它也适合于大多数非金属材料(如塑料、尼龙和其他软的免于加工的材料)。
- 第二类为要求使用零前角或负前角切削刃进行切削的材料。它包括标准的碳钢、合金钢和铸铁。零前角或负前角可以增加切削刃的强度，并允许采用更大的进给速度以及防止断续切削时切削刃的破坏。对于大多数产生连续长切屑的材料，应采用这种零前角或负前角的刀具，它也是工业生产中最经常使用的类型。
- 第三类包括那些要求使用带断屑器的刀具进行加工的材料，断屑器的类型将在后面讨论。这些材料在正常的切削速度和进给率条件下，将产生丝状的长切屑，如轴承工业中使用的52100#钢和其他高等级钢。
机床在加工时通常要求使用断屑器。当用低的额定进给速度加工软的低碳钢和合金钢时，通常会产生不希望出现的长切屑，因此要求操作者经常停机来清除切屑。这样将降低生产率并危及操作者，因为这些切屑是非常锋利的。采用非常低的切削速度加工一些种类的高温合金时，也会产生同样的问题。
当选择切断刀片时，刀片的几何角度可采用与车削甚至铣削用刀片相同的角度。通常如果用大正前角车削或铣削刀片加工一种材料，当进行切断操作时，可选择相同的几何角度。
2．机床
有效切断操作的关键是能够控制切削速度和进给率。两者正确的组合将延长刀具寿命，保持加工尺寸的稳定性以及有效控制切屑。所用的机床(其型式和特征)在很大程度上决定了使用者能在多大程度上控制切削参数。
这里机床被分为两类：CNC和非CNC机床。自动化设备是大批量生产最常用的形式。在使用切断刀具时，这可能将产生一些重要的问题。
当一把刀具以最低的进给速度正常工作时，这时可确定机床所能采用的较大转速。由于在自动化生产中，一些刀具在几个不同的位置同时进行切削，因此在加工中对切削速度和进给率几乎不能调节。例如，一支高速钢麻花钻或成形工具在其中的一个位置工作时，它的最优切削速度将决定所有别的刀具的切削速度，这个速度对于大多数硬质合金刀具来说太低。新型自动化设备允许操作者更多地控制进给速度。有些CNC型自动化设备几乎可对整个切削循环给予完全的控制。
被使用的机床将决定硬质合金刀片的牌号、断屑器和切削刃型式。对于传统的自动化设备来说，需要选择韧性较好的硬质合金牌号。低于正常切削速度的硬质合金刀具将在这些设备上进行试验。
超微细硬质合金牌号已大大改进了自动化设备用切断刀具的性能。它们既有与高速钢同样的强度，又具有与硬质合金同样好的耐磨性。
另外一种可进行切断操作的机床是CNC车床。它通常装备了以大批量生产为目的的棒料进给机构或类似的装置。这种机床有许多优点，其中最重要的就是在切削循环中，它能对切削速度和进给率实行完全的控制。这样就可使用切削速度高的硬质合金刀片高效地工作。但必须注意，切削速度和进给率应在制造商推荐的范围内。
CNC机床易于编程和改变以适应加工不同零件的需要。因此，它们是较短行程切断操作的优选类型，其良好的调节切削速度和进给率的能力也有助于控制切屑和增加刀具寿命的一致性。
3．正确的安装
当使用硬质合金进行切断操作时，正确安装刀具是非常重要的。如果切削刃和工件接触位置不正确，刀具可能崩刃或者损坏工件，有时甚至损坏机床。
两个最普遍的问题就是切断刀具不垂直于工件或切削刃相对于工件中心轴线安装得太高或太低，它们对刀具寿命、切屑控制和是否能保持垂直和平稳的切断将产生较大的影响，也将导致在加工完的零件表面上留有凸、凹表面。如果这些问题非常严重，刀具将会失效。
为保证刀具垂直于工件，操作者应遵守一个简单的安装过程。首先仔细清洁锁紧区域并将切断工具安装在六角转塔上。然后用一指示表测量长度为100mm的行程上的刀具偏差，该偏差不应超过1mm。
通常检测刀具是否垂直的一个方法是检查产生的切屑。如果工件产生的切屑以长丝状流向一侧，这可能是刀具安装不正确。另一现象是切断刀片圆角处的提前磨损，这表明刀片的一面比另一面承受着更多的压力。
如果加工中刀具性能或生产的零件质量发生变化，请遵循前面提到的安装步骤。有时刀具一点轻微的碰撞也会引起偏差。因此，在安装后尽早检查切断工具的切削条件是一个好的办法，这样做可有助于识别和防止严重的刀具失效。
在切断刀具安装中，另外一个主要考虑的问题是切削刃相对于工件轴线的位置。刀片安装不正确将引起一系列问题，其中最常见的是刀具提前磨损和突然失效、差的切屑形式、差的侧面粗糙度和振动。由于有时查明切削刃的实际位置很困难，因此这些问题将进一步恶化。在老式的手动和自动机床上，这些现象更是经常发生。
制造商设计的大多数硬质合金刀片，使用时需安装得略高于工件中心轴线。这个位置有利于使用焊接断屑器并保证刀片可靠地装夹在刀杆上。
当刀片安装得略高于中心时，切向力可以作用在更大的刀片面积上。这会增加刀具的强度并使刀片牢固地定位在刀槽中。
另外，当切削刃和工件之间的角度确定后，硬质合金切断刀片往往被设计为使其强度和坚固性较大化。如果刀片高于中心线太多，刀片后角将减小。致使后刀面上半部分与工件发生磨擦，因此在切削区将产生大量的热。反过来，这会引起刀片提前磨损和工件冷作硬化。这种情况最通常的标志是，在短期切削后刀片有过度的后刀面磨损。
低于中心线的刀片将产生更多的问题。当刀片低于中心线时，后角将增大。这使得很小的刀尖部分将承受全部的切削力，从而缩短刀具寿命和增加刀具突然失效的可能性。
低于中心线的刀片带来的另一个问题是刀片不规则的偏离。随着大部分切削力作用于刀尖，它趋向于振动和反弹，这种不规则运动将对刀具寿命产生影响，通常以切削刃前部断屑的形式出现。它将在零件槽的底部和侧面产生振动痕迹和较差的表面粗糙度。
使用低于中心线的刀片的一个最严重的后果是刀片被拉出。当刀片接触整体棒料时，零件的旋转实际上会将刀片拉出刀槽；零件中心的残留毛刺堆积在切削刃上，当零件继续旋转时，会将刀片拉出刀槽。
如果这种情况没有被及时判断，刀夹将在加工下一个零件时损坏，并可能导致机床和被加工零件受到损坏。这意味着浪费时间。即使刀片未被拉出刀夹，通过切削刃顶部旋转的毛刺也可能导致刀具损坏。
因为这些原因，需要防止切断工具的切深超过工件中心部分。在过中心点后，实际的旋转方向相反，产生的切削力可能将刀片拉出刀夹。同时，这种旋转将摩擦刀片后刀面，引起刀片提前磨损。
为克服刀片拉出问题，许多切断刀具制造商正在采用由ISCAR公司在70年代早期提出的自动夹紧概念。这种方法不需要螺钉和杠杆来定位和夹紧刀片，它依靠旋转和刀具压力将刀片定位在楔形刀槽内。这样，在无压紧装置的条件下，刀具的切削深度几乎可不受限制，刀夹和刀片的类型是安装时使刀具保持在中心高位置的另一个因素。—种最常用的切断刀具类型是刀体和刀板系统。它包括一个安装在机床夹头中的锁紧刀体和一个可更换的用于安装合金刀片的双面刀板，刀板上有一个自锁刀槽。
T型切断刀是—种两种刀片和刀板的组合型式，采用简单的楔形锁紧。在刀片的顶部和底面有与刀板相匹配的斜面。刀片由刀板产生的弹力楔紧并保持在刀槽中。在某些条件下，刀片可能被进一步压入刀槽中，从而改变切削刃的位置，使其低于中心高。大进给率切削、断续切削和磨损的刀槽可能引起这种现象的发生。
在F型切断刀具中，刀片和刀板有—固定的定位槽。一个定位块被焊接在刀片上，与支撑刀板的顶面接触。一旦刀片被安装在刀槽中，它将保持在固定的位置上。
任何刀片和刀板的组合都应使切屑顺利地从切削区排出。若在零件切断之前，切屑堆积并侵入槽中，刀片就很可能再次切削这些切屑，并会突然失效。如果切屑剧烈地摩擦刀板，将会产生大量的热，这也会造成疲劳和加速失效。
所有的硬质合金切断刀具制造商都提供其产品的中心高。所以应严格遵守制造商的推荐值。
刀片的几何尺寸和刀夹的型式对中心高均有影响。通常宽度大于0.5mm的刀片，下列公式对其较大中心高的确定非常有用:中心高=0.8mm×宽度+0.025mm。
在进行切断加工时，要切记切削刃安装在中心高上或略高于中心高。那些使用高速钢切断刀或类似工具的操作者和安装人员经常认为这些刀具低于中心高时工作得更好。但对现代硬质合金刀片来说，工作时低于中心高将使切断操作更加困难。
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