切断中的最佳化因素

弘顺精密

生产中需要执行的工序常常包括棒料、管材和机械零件的切断。作为一种车削工序，尽管大量切断只涉及工件直径为12～50mm的范围，但实际上切断可涵盖的工件直径范围为0.5～800mm。由于这一工艺经常位于第一道工序或者最后一道工序，因此其加工质量必须得到很好的保证。这其中切断直径大小最为重要。为了使工序更为高效，它对刀具装夹、类型、尺寸甚至槽形来说都息息相关。企业只有紧跟切断刀具和切断方法的技术发展步伐，才能在加工车削件和多任务零件方面更具竞争力。
7 K# m6 L  R. N: n3 G 切断所面临的挑战
# _) z& Q+ c% X. e1 j" h切断工序看上去十分简单，但实际上在现代车削的高生产效率条件下，安全地执行这些工序需要克服很多挑战。主要有：毛刺和飞边形成、切屑形成和排屑、振动趋势以及不一致且过早的刀具磨损等。在车间执行切断工序时，企业十分关注生产效率、加工稳定性、无故障切削、刀具寿命可预测性以及零件质量一致性等问题。如果采用合适的刀具和应用，这些问题皆可解决。
切断工序的选择
1．切断的基本因素
切断应该是3项基本因素的组合：刀板悬伸、刀具宽度和进给量。刀板悬伸影响着刀具宽度，从而影响其最大强度；刀具宽度又会影响刀具可能的进给量，而进给量则决定着完成工序所需的时间。此外，进给率也决定着刀片槽形——锋利的刀片槽形适合低进给，而坚固的刀片槽形则适合高进给。当然，进给率也与加工条件有关系。加工条件可以通过稳定性水平、材料状况和切削类型进行评估。工件材料也可影响加工条件以及刀片牌号和切削参数的选择。
  r, A8 t" Z6 f  A  N) @% d; K2．确定切断工序
: D7 w* U! o( S; Q确定切断工序应首先考虑批量大小。从相似切削的次数可以得到启发，并且这将影响刀具选择的通用性和专用性。对于每个零件存在多项甚至一项变化的应用场合，往往需要通用刀具，以便执行不同任务的解决方案。其次，批量生产中使用的专用刀具在性价比、安全和质量上应尽可能高地保持一致。最后，对于中等批量生产应用，利用最少量的合适刀具获得高生产效率和安全性是其最重要的特性。
" {" D0 x  d( W0 P6 B 刀具的选择
; p0 n& R1 b* p# K% Q6 |2 t* k- t1．切削系统的选择
根据加工条件，首先要选择合适的刀柄类型和刀具系统。这些与工件直径大小有很大的关系，因为刀柄参数与要求的切削深度直接相关。切断时大多数切削深度处在6～28mm的中等加工范围；深切断的切削深度为28～55mm；浅切断的切削深度则为0.25～6mm。
- h$ L1 P8 `; X- {8 ?选择刀柄时，通用性和稳定性之间需要综合平衡考虑相关的批量大小和操作变化：一方面，由于刀具悬伸可设置成适合不同直径的尺寸，因此可用带可调整刀板的刀具用加工各种各样的工件直径；另一方面，带整体式增强刀板的刀柄只适合一定范围的直径，但能提供最大的强度。而介于两者之间的是通用切断刀具，采用螺钉式或弹性夹紧的单刃或双刃刀片，选择最大的刀柄尺寸，增加刀具的稳定性，从而可适应不同切深的变化。螺钉夹紧意味着最高的刀片/刀柄稳定性，而弹性夹紧则可利用窄刀具增加通用性和可达性，这样就只需切削少量材料，并且需要的机床功率也较低。
2．刀片选择
切削刃在切削过程中至关重要。它将在切削中引导刀具，并控制切屑，同时决定飞边和毛刺的形成以及高效切削不同的材料。刀具稳定性的决定因素是相对较薄的刀片与刀柄之间的接口质量。为了保持稳定性，就需要良好的轨道和V形刀片座结构，并最好与相对较长的刀片配合使用，这种结构对切断刀具性能来说很重要。
刀片宽度因切断刀具的切削深度大小而异，小切削深度（工件直径）可使用薄刀片，而大切削深度则需使用更宽的刀片以保证强度。
刀柄上的刀片座型号与刀片宽度相对应，每种系统都有其特定的刀片宽度范围，例如CoroCut单、双刃系统具有8种不同的刀片宽度，范围为1.5～8mm不等；而CoroCut 3则适合于浅切断，具有3种刀片宽度，范围介于1～2mm之间。
5 p% I# F2 n3 o当为工序选择刀片槽形和牌号时，应当确立切削刃锋利性、强度和宽度最合适的组合，以确保尽可能高的进给量，从而获得最高的生产效率。锋利的刃槽形易于切削，所需机床功率小，并且最小化了振动趋势。坚固的槽形负前角更大，切削刃也得到增强，因此能承受住要求更苛刻的切削和粗加工，并且可以实现更高的进给量。加工条件和操作变化决定了选择方向，并且通常存在平衡，尤其在需要一定程度的通用能力时，半精加工槽形就是其良好的选择。通过选择不同刀片，就能获得各种最佳化的可能性——Wiper（修光刃）刀片用于提高表面质量和进给；而增强的刀片圆角则可获得更高的进给能力和安全性，并通过更软的切削作用和毛刺最小化实现良好的切削控制。
对于刀片牌号选择，切削刃强度应该是最初要优先考虑的因素，因为强度可确保切断工序的安全性。这意味着应优先考虑韧性，而不是更锋利和更硬的槽形和牌号。其次基于操作因素和加工条件获得合乎要求的表面质量和进给量，并继续改进牌号使其更为耐磨，从而获得更高的进给和更长的刀具寿命。
( z; I9 f9 }. R避免毛刺形成并最小化飞边
( B! J8 ]/ |6 z$ C( U  u毛刺形成是切断工序中的一个必然现象，切削刃的前角（主偏角）很大程度上决定了毛刺的形成：0°主偏角一般会产生最笔直的切削路径和最佳的表面质量，但是会在切口末端留下毛刺；斜角刃就能最小化或完全切掉毛刺，但具有较大前角的切削刃会对切口的直线度产生负面影响。因此，尽管从锋利方面应考虑选用10°～15°的前角，但适中的斜角刃（5°）通常为最佳选择。
在限制飞边形成方面，切削刃的锋利性起到了很重要的作用。磨削的正前角切削刃可以最小化飞边，而带有大圆角刀尖的坚固槽形则容易形成飞边。在这方面，当采用同一刀具或精加工刀具切断之后的额外走刀可能是获得最佳生产效率的一种解决方案。
结语
优化装夹不仅可影响工序结果，而且也对可优化的程度产生影响。基本原则是最小化刀具悬伸以获得刚性，并确保切削刃尽可能靠近中心线。切断棒料时，所切削的工件直径会不断变小，切削速度因此会显著降低，从而增大积屑瘤在切削刃上形成的趋势，进而对刀具寿命产生负面影响。提高主轴转速并在贯穿前将进给量降低几毫米能够弥补这种不利影响。
$ M' A1 M! J$ V7 F  A' _' b对于竞争激烈的切断应用来说，最佳化进给量几乎总是优先考虑的一个因素。进给量在很大程度上决定生产效率的高低。进给也意味着可以在切削、停留或啄进期间通过改变进给来控制切屑形成。在降低切削速度时也可提高进给量以最小化振动趋势。进给量也应针对正确的刀具压力进行设置以确保直刀具路径，并在切断终了前有所降低以免强行切断，同时在间断切削时确保其安全性。
文章关键词： 刀具 机床