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不得不說的切斷與割（gē）槽藝術

2013-12-24 來源：數控機床市場網（wǎng）作者：

眾所周知，切斷（duàn）和割槽工藝與普通車削操（cāo）作具有相同的基本（běn）目標，即將工件加工成（chéng）所需的形狀（zhuàng），滿足精度要求，並最大（dà）限度地提高生產率。然而，除此之外（wài），切斷（duàn）和割槽應用在刀具強度（dù）和剛度以及切屑控製方麵還有自身的特點。刀具製造商隻有采用創新的刀具（jù）設計（jì）和高級冷卻液輸送策略，才能滿足（zú）切斷和割槽工藝的特殊需求。

刀具設計技（jì）巧

如（rú）同普通車削操作一樣（yàng），切斷和割（gē）槽工藝也是使用靜（jìng）止的刀具來切削（xuē）旋轉的工（gōng）件。首先要（yào）考慮的事（shì）項是配置刀具（jù）係（xì）統，以便產生所需的工件形狀。因此，切斷和割槽刀具係統的設（shè）計因工件的（de）尺寸和深度而有所（suǒ）不同。例如，對於在大型工（gōng）件上進行深割槽和切斷加工，以及在小型工件上進行淺割槽和切斷（duàn）加工，刀具製造商將提供直接（jiē）夾在刀柄中的、采（cǎi）用平裝或立裝配置的切斷和割槽刀片。

用於小（xiǎo）零件切斷和割（gē）槽的X4係列刀具

其中一個例子是（shì）山高全新係列的星形立裝設計（jì）刀片，該刀片具有四個切削刃，因而稱為 X4 係列。這款刀片的（de）切削寬度介於0.5 mm 至 3 mm （0.02" – 0.12"）之間（jiān），旨在最大限度地減少（shǎo）切斷期間的材料消耗，並能夠精確地對小（xiǎo）型（xíng）和中型複雜工件進行割（gē）槽和（hé）仿形加工。根據切削刃（rèn）寬度的（de）不同，刀具（jù）的最大切深介於 2.6mm 至6.5mm（0.10" 至 0.26"）之間（jiān），而可切斷棒料的最大直徑介於 5.2 至 13 mm（0.20" 至 0.52"）之間。刀片的立裝設計可將（jiāng）切削力導向刀柄（bǐng），從而最大限度地提升剛度、穩定性（xìng）和生產率。

在確定刀片的（de）基本形狀後，對切（qiē）削刃前（qián）角的選擇（zé）成為了切斷和（hé）割槽成效的關鍵（jiàn）因素。零度前角刀具可（kě）以實現與工件的垂直對（duì）齊，並將切削力直接轉移到刀柄，從而提高精度、刀具壽（shòu）命和表麵粗糙度。然而，在切斷完（wán）成後，零（líng）度刀具會在所切斷的棒（bàng）料（liào）中心留下細（xì）小的突起或尖（jiān）頭。如果不想（xiǎng）留下突起，則應使用具有較小前角的刀具，以在其（qí）通過工件中（zhōng）心時切斷突起。此外，在（zài）某些工件材（cái）料中，前角刀（dāo）具不（bú）容易產生毛刺。

在（zài）設置基本刀具配置後，工件的材料屬性通常決（jué）定了（le）最適（shì）合加工該工（gōng）件的刀片（piàn）型號。難以加工的工件材料或（huò）斷續切削通常應使用具有較高強度和（hé）抗衝擊（jī）性的（de）刀（dāo）片型號，而高磨蝕性工件則需（xū）要使（shǐ）用專為耐（nài）磨性設計的（de）刀片型號。

刀具應用建議

對於切斷和割槽刀具，有一些特定的（de）設置建議。在安裝（zhuāng）刀具（jù）時，應注意使刀片與工件的軸線（xiàn）真正垂直。這可最大限度地降低刀具上的軸向力，並防止摩擦刀片的側麵。對於刀具位（wèi）置，切削刃的中心（xīn）高度應盡可（kě）能（néng）接近工件中心，偏差應在 +/- 0.1 mm/0.004" 以內（nèi），這也是為了防止（zhǐ）對刀具施加過大的壓力，以免刀具壽命縮（suō）短。

切斷和割槽刀具（jù）的切削（xuē）參數與普（pǔ）通車削（xuē）有所不同。如果主軸轉速恒定，則當切斷（duàn）刀具到達棒料的中（zhōng）心時，其切削速度會（huì）降低至零。放（fàng）慢的速度會對刀具形成沉重壓（yā）力，並可能導致工件材料黏附在切（qiē）削刃上。因此，應在刀具接近零件中心時降低進（jìn）給率（最（zuì）多 75%）。此外，可調整切（qiē）削速度以最大限（xiàn）度（dù）地減少振動。切斷和割（gē）槽工藝中使用的刀片通常為窄刀（dāo）片，這往往會導致切削不穩定。因此，盡可能將刀片固定到最短的刀（dāo）杆中，並且在不妨礙工件的前提下將其安（ān）裝（zhuāng）在最粗的（de）刀杆中夾緊（jǐn），這些措施也有助（zhù）於控製振動。確保機床（chuáng）本身的剛度（這在任（rèn）何加工操作中都是必須的）同樣有（yǒu）助於減少（shǎo）不需要的（de）振動。

切屑控製難（nán）題

切斷和割槽（cáo）工藝的特點是切削區非常狹窄，這給加工期間產生的切屑控製帶來了難題（tí）。特別是在切斷工藝中，刀具在（zài）切削（xuē）時兩側被工件材料包圍，限製了切屑的排出路徑。最後，根據工件材（cái）料的（de）不同，切斷和割槽工藝中產生的（de）薄切屑往往不會折斷。失控的帶狀切屑可導致切屑堵塞、損傷工件並危及操作（zuò）員的安全。不僅如此，切屑控製問題也會妨礙無人值守或“全自（zì）動化”加工的實施。

許（xǔ）多（duō）用於切斷和割槽的刀具（jù）采用了專（zhuān）門設（shè）計的切削刃槽型，以便彎曲並折斷切屑（xiè）。如果表麵粗糙度和其他（tā）條件允許，可在切削期間暫停刀具進給（也稱“暫（zàn）留”），從而（ér）有助於折斷切屑。另（lìng）一（yī）種切屑控製方法是使用冷卻液來衝掉可能堵塞切削區的切屑。然而，傳統的澆注冷卻液通常無法在切斷（duàn）和割槽應用中產生足以到達（dá）切（qiē）削區的壓力。不僅如此，澆注冷卻（què）液噴嘴的位置也難以確定，無法使冷卻液流向最需要（yào）的（de）部位。最後，相對較（jiào）弱的澆注冷卻液流可能在切削區轉化（huà）為蒸汽（qì），這實際上（shàng）形成了一個隔離層，致使切（qiē）削過程中產生（shēng）的熱（rè）量無法散發出去。

澆（jiāo）注冷卻（què）液的一種（zhǒng）替代方案是在盡可能貼近切削刃的情況下高壓噴射（shè）冷卻液。如今的機床冷（lěng）卻液泵通常可提供（gòng） 20 bar （290psi）至 70 bar （1015 psi）的壓力。舉例來說，山高（gāo）的冷卻液輸送（sòng）係（xì）統具有廣泛（fàn）的適用性，其操作壓力範圍既可低至 5 bar（72 psi）（可能會影響生產率），也可高達 70 bar （1015 psi），甚至達（dá）到 275 bar （4351 psi）的高壓。

為了獲得最佳效果，高壓冷卻液必須定點輸送，並盡可能靠（kào）近切削區。刀（dāo）具製造商已開發出眾多高壓冷卻液輸送係（xì）統。一種流（liú）行的做法是通過刀片（piàn）來輸送冷卻液。然而，最有效的冷卻液流可在刀片前刀麵切削區和切屑之間（jiān）產生一個“楔塊”，從而提升並折斷切屑。顯而易見，當通（tōng）過刀片輸送（sòng）冷卻液時，難以（yǐ）將液流導向最佳位置，無法產生楔塊。而這不足以使冷卻液進入切（qiē）削區（qū）的附近區域，為了形成楔塊，液流必（bì）須盡量（liàng）靠近並導向切削刃。

Jetstream Tooling 飛流刀具的冷卻液輸送係統可快速導向高壓冷卻液

Jetstream Tooling 飛（fēi）流刀具的冷卻（què）液輸送係統可快速（sù）導向高壓冷卻液

因此，山高開發了一套稱為 Jetstream Tooling® 飛流刀具（jù）的冷卻液輸送係統，可通（tōng）過位於刀柄中（zhōng）的（de）導流器來導向高壓（yā）冷卻液（yè）。導流（liú）器的小孔（kǒng）可產生猛烈的高速冷卻液流，穿透並潤滑（huá）工件（jiàn）和（hé）刀具切削刃之間的高摩擦區。最近，在一項旨在困難工況下控製切屑的創新中，公司將名為 Jetstream Tooling®Duo 的技術應用（yòng）於 X4切（qiē）斷和割槽刀杆（gǎn）。這種方法可從兩（liǎng）個出口輸送冷卻液。除（chú）了噴向前刀麵最佳加工點的上部噴嘴外，全新的Duo技術采用一個額外（wài）的冷卻液噴（pēn）嘴來（lái）衝洗間隙麵。切削刃從兩個相反方向（xiàng）（上（shàng）方和（hé）下方）接受（shòu）高（gāo）壓冷卻液，從而（ér）最大限度地控製切屑流並冷（lěng）卻切削區。

專業化（huà）切削要點

對難加工的工件材料（如鈦合金和不鏽鋼）進行加工時，切屑控製尤為關鍵。這些材料具有高強度以及高耐熱（rè）和耐磨性，通常用於生產航空航天、發電和醫藥行（háng）業中的高價值零件。但正是這些特點，讓這些材（cái）料成為（wéi）關鍵應用（yòng）中絕佳選擇的同時，也降低了材料（liào）的可加工性（xìng）。要實現斷屑，切屑應吸收切削期間產生的熱量並被軟化，但鈦合金是一（yī）種導熱性極差的材（cái）料，會產生難以折斷（duàn）的堅韌切屑。

具（jù）有較（jiào）大正前角（jiǎo）的鋒利刀（dāo）具可以高效（xiào）切（qiē）削鈦合金等材料（liào）。然而，為了控製切屑和最大限度地提高生產率，通常會需要（yào）使用高壓冷卻液輸送工（gōng）具。通過定點輸送冷卻液流並（bìng）在刀片前刀麵和切屑之間形成楔塊效（xiào）應，切屑可折斷成更小（xiǎo）、更易於管理的片段。

迎難而上

切斷和（hé）割槽工藝是車削操作的重要組成（chéng）部分，同時也（yě）帶（dài）來了許多（duō）獨特的挑戰。由（yóu）於這些工藝（yì）的切削區較為狹窄，因此必須仔細考慮（lǜ）基（jī）本刀具形（xíng）狀、槽型、刀片材料，以及設置細節和切削參數。在任何機加工操作中，切屑控製（zhì）都是一個需要考慮的（de）問題，但在狹窄的空間中，如果切削作業產生的切屑較薄且難以折斷，則（zé）切屑控（kòng）製就（jiù）變得更加關鍵。刀具製造商已開發出了切（qiē）屑控製槽（cáo）型，可幫助解決（jué）這一問題。另外，暫停進給等切（qiē）削策略也可對此（cǐ）有（yǒu）所幫助。控製切屑的一種絕佳方法是定（dìng）點輸送高壓冷（lěng）卻液。無法控製的切屑需要操作人員一直（zhí）在旁（páng）監控，因此，持續切屑控製的主（zhǔ）要（yào）優勢便是可以實現全自動化/無人值守的（de）加工操作。與其他加工工藝一樣，冷卻液也能在切斷和割槽工（gōng）藝中提供相同的優勢，包括刀具壽命延（yán）長和（hé）/或切削參數增加。總之，借助當今切斷和割槽加工的刀具、技術和創新，用（yòng）戶能夠在這一專業（yè）但（dàn）重要的加工工藝中最大限度地提高生（shēng）產率（lǜ）。

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