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不锈钢断屑钻的切屑形态与控制
   
2006-11-21 20:17:17
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常用马氏体、奥氏体不锈钢中含碳极少,含铬、镍铰多,材料虽硬度不高,但韧性大,切削变形、切削温度、加工硬化程度较高。为改善冷却效果,提高钻头耐用度,必须控制断屑与排屑。本文结合作者在上海理工大学附属工厂对核电站用支撑板钻孔的试验研究成果,分析了钻削不锈钢时各种屑形生成原理,论述了最佳屑形与切削参数之间的微妙关系。从而提出了控制最佳屑形、达到有效断屑的方法。
1 不锈钢断屑钻的切屑形态与产生条件
不锈钢断屑钻的基本刃形如图1所示。其特点是:磨出较大锋角(2F)及很浅的圆弧刃(半径R),生成了外直刃(宽度L)与内、外刃高度差h。通过修磨钻心部位前刀面生成了内直刃、内刃锋角(2F1),留下很短的横刃。下面分述这种钻型切出的切屑形态与产生条件。
图1 不锈钢断屑钻的基本刃形
1)螺旋带状屑:如图2所示。这种切屑卷曲所占空间大,易阻塞,不会断屑,影响钻头冷却效果。
图2 螺旋扇面形屑
生成原理:麻花钻刀刃各点切削速度不同。外刃处速度高,切屑流动快,切屑较长。越近中心速度越低,切屑排出越慢,切屑长度越短。这种外刃卷成较大半径的弧状,近中心处卷成较小半径的切屑,如不分断,就形成螺旋扇面形。这是麻花钻直线刀刃最常见的切屑。
2)螺旋带状屑的宽度取决于外刀刃宽度,一般L=~ (d—钻头直径)。当L较小时,刀刃各点切削速度相差不多,刀刃前角大,切削变形较小,切屑排除流畅,可卷曲成一条较窄的螺旋带状屑。带状屑会缠绕在钻头螺旋刃上,不易折断,排出时安全性较差。扇面块状屑:出现在内凹圆弧刃上,如图3所示。这种切屑为短块状,是自然卷断的,切屑较易排出与清理。
图3 扇面形块状屑
生成原理:圆弧刃上各点切屑流向不同,其规律是各点切屑流向均通过圆弧刃的中心(刀刃法向)。切屑在卷曲过程中沿圆弧刃方向的附加变形,使得切屑展开成扇面形并撕裂形成块状屑。
3)细长螺旋屑:出现在外刃或内直刃上,如图4所示。这种切屑不易折断。
图4 细长窄螺旋屑
生成原理:
钻头左右刃磨得不对称,外刃长的一边多切了对边短刃未切除的一段余量。切屑宽度就是不对称量。
内直刃磨出较大的前角和卷屑槽时,也可能出现细长螺旋屑,但其螺旋导程比外直刃的小。
4)“6”字形屑:出现在圆弧槽很浅的外刃与圆弧复合刃上,如图5所示。“6”字形屑能稳定的自动排出折断。
“6”字形屑
带花“6”字形屑
图5 6字形屑
生成原理:钻孔开始时外刃与圆弧刃切下连成一体的块状屑,(“6”字形屑的头部)卷到一定长度后,沿圆弧刃方向的附加变形,使切屑分裂,开始分屑,外刃与圆弧刃切屑分别排出。外刃一段为带状屑,(“6”字形屑的尾巴),圆弧刃切屑为块状屑。“6”字形屑到达一定长度后,切屑在钻槽中碰到上边的槽壁,切屑受到外加的弯矩而折断,其长度与螺旋槽二分之一导程基本一致。若切屑未碰到钻槽,排出到空间一定长度后,也可随着钻头的旋转甩断。其长度约为60~100mm左右。
5)带钢筋的“6”字形屑:出现在外刃与圆弧刃左右不对称的情况,如图6所示。这种切屑厚度加倍,更易折断。但加重刃口负荷,影响钻刃寿命。
图6 带有钢筋的“6”字形屑
生成原理:
在“6”字形屑生成的条件下,若外刃磨得长短不一,长得一边