專利名稱：一種斷屑方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于金屬切削中的斷屑方法以及采用此方法的種斷屑器。
本發明的技術背景在金屬切削，尤其是韌性材料的車削時，通常會產生連續的切屑。這種連續的切屑會對工作安全、切屑處理以及加工工件表面質量控制造成嚴重的困難。更加嚴重的是，連續的切屑還會在切削過程中引起不可預料的阻塞，這將使機床系統的自動化受到阻礙。因此，非常希望在金屬切削時產生的切屑為不連續形式。金屬切削過程中的斷屑器可以將切屑切斷成小塊兒。現有技術中已有兩種斷屑器一從一個鑲嵌式刀片上分隔出來的阻斷裝置以及一個鑲嵌式刀片的前傾面上形成的開槽與障礙的組合裝置。在金屬切削過程中，這些斷屑器可將產生的切屑彎曲。但這些斷屑器并不能保證在切削過程中切斷切屑，只有在某些加工條件下才可以達到斷屑效果。對于某種給定的加工條件，要判斷切屑能否被切斷是非常困難的，即當這些斷屑器被用于切削過程時，不能確定切屑是否會被切斷。此外，當切屑被這些斷屑器切斷后，它們會向各個方向飛濺，這會對工作安全、加工工件表面質量控制以及切屑處理等方面造成困難。此外，這些切屑中有的還會削弱刀具切削刃，從而縮短刀具壽命。現有斷屑器的典型例子請見專利US5193947、SU1704939、WO9427769和WO9511102。
發明目的本發明的一個主要目的是提供一種用于金屬切削中的改進的斷屑方法以及可以實現這種方法的裝置。
本發明概述作為本發明的第一個方面，此處提供了一種用于金屬切削過程的斷屑方法，該方法包含這樣一個步驟，即提高切屑成形時的剪切面上的剪應變，直到上述切屑在剪切面上斷裂，而不受加工條件的限制。
作為本發明的第二個方面，此處提供了一種用于金屬切削過程的斷屑方法，在切削過程中切屑會在一個剪切面上與工件分離，該方法包含這樣一個步驟，即將切屑成形為一個杠桿，從而施加一個力以增大剪切面上的剪應變，直到在剪切面上發生斷裂。
作為本發明的第三和第四個方面，此處提供了用于金屬切削過程的斷屑裝置，用于實現第一和第二方面的方法。
本發明的其他特點將在附屬的權利要求書中提出。
在所描述的本發明的最佳實施例中，揭示了用于金屬切削中的一種斷屑方法一剪切面斷裂法。在這個方法中，金屬切削時產生的切屑通過增加剪應力而被切斷，在增加剪應力時，切屑成形的剪切面上的剪應變會增加從而導致剪切面上發生斷裂。此外，還揭示了一種杠桿斷屑法，可迫使切屑斷裂成小塊。該方法中，切屑剛一產生即形成一個卷曲的杠桿，切屑的頭部成為加力點并從一個固定體上接受作用力，而切屑與斷屑器的回轉面之間的接觸點則成為支點，切屑的根部則成為施力點，從而施加一個沿剪切面的作用力，這樣可以增大剪應變直到在剪切面上出現斷裂。進一步揭示的杠桿斷屑器上帶有一個斷屑槽，該斷屑槽包含一個回轉面、一個側流限制面、一個上卷曲導向面以及一個輔助回轉面。
所描述的本發明的最佳實施例中的斷屑器可將金屬切削過程中產生的切屑切斷，該斷屑器可以用于車削、車平面、鏜孔、切割以及其他需要斷屑的金屬加工過程中，并適用于大多數組合加工條件，如工件材料性質、冷卻條件、切削速度、進刀速度以及切削深度，可將切屑斷裂成小直徑的不完整環形。斷屑器引導著斷裂的切屑從刀具的主側面處輕柔地落下進入到機床的容器中，從而保證了操作安全性、工件加工表面的質量以及切屑處理效率。由于斷屑器分擔了作用在刀具前傾面的作用力，從而減小了刀具切削刃上的作用力。又由于斷屑器減小了刀具前傾面的作用力以及頻繁切斷切屑，因而降低了刀具切削區的溫度，并因此降低了刀具摩損速度、提高了刀具壽命。斷屑器可以用于所有類型與形狀的鑲嵌刀片，并無需為了斷屑而對鑲嵌刀片的幾何結構作特殊要求，這樣，鑲嵌刀片的前傾面可以是平面而不必是復雜的幾何形狀，從而顯著降低鑲嵌刀片的費用。此外，斷屑器可以與鑲嵌刀片構成一體，斷屑槽可以開在刀片的前傾面上方。
附圖簡述下面通過示例并參考附圖對本發明的最佳實施例作出解釋。附圖包括
圖1顯示了根據本發明的剪切面斷裂法進行斷屑的一個最佳實施例。
圖2為根據本發明的斷屑器的第一個最佳實施例的三維視圖，顯示了該斷屑器與一個矩形鑲嵌刀片用于車削時的結構。
圖3為根據本發明的斷屑器的第二個最佳實施例的三維視圖，顯示了該斷屑器與個非矩形鑲嵌刀片用于車削時的結構。
圖4為根據本發明的斷屑器的第三個最佳實施例的三維視圖，顯示了該斷屑器與一個矩形鑲嵌刀片用于車平面或鏜孔時的結構。
圖5為根據本發明的斷屑器的第四個最佳實施例的三維視圖，顯示了該斷屑器與一個鑲嵌式切割刀片用于切割時的結構。
圖6為根據本發明的斷屑器的第五個最佳實施例的三維視圖，顯示的斷屑器與圖2中的類似但帶一個可調斷屑槽。
圖7為根據本發明的斷屑器的第六個最佳實施例的三維視圖，顯示了根據本發明的一個帶斷屑器的鑲嵌刀片的結構。
圖8為根據本發明的斷屑器的第七個最佳實施例的三維視圖，顯示了圖2中所示斷屑器的斷屑槽的一個變型。
圖9為根據本發明的斷屑器的第八個最佳實施例的三維視圖，顯示了圖2中所示的斷屑器的斷屑槽的另一個變型。
圖10為根據本發明的斷屑器的第九個最佳實施例的三維視圖，顯示了圖2中所示斷屑器斷屑槽的又一個變型。
圖11為根據本發明的斷屑器的第十個最佳實施例的三維視圖，顯示了圖2中所示斷屑器的斷屑槽的又一個變型。
圖12為根據本發明的斷屑器的第十一個最佳實施例的三維視圖，顯示了圖2中所示斷屑器的斷屑槽的又一個變型。
本發明的最佳實施例的說明在一個金屬切削過程中，如圖1所示，刀具4將工件3上的一層材料2切下來形成切屑1。在切屑形成過程中，材料的速度是不連續的，即一層將被切下來的材料的速度被迫由矢量5表示的速度變為由矢量6表示的速度，速度改變發生在一個狹窄的變形區7，也即所謂的“剪切面”內。在剪切面上工件材料受到剪應力并發生剪應變，并沿刀具前傾面10形成切屑。
在金屬切削過程中，如果刀具前傾角以及剪切角(切削方向與剪切面間的夾角)保持不變，則剪切面上的剪應變保持恒定。對于剪切面上的相同的剪應變值，不同的工件材料的效果也不同。脆性材料在較小剪應變時就會在剪切面上出現斷裂，并因此形成不連續的切屑。因此，在切削脆性材料，如鑄鐵時，一般會產生不連續切屑，斷屑方面不會有問題。而韌性材料只有在足夠大的剪應變下才會在剪切面上出現斷裂。而使該斷裂發生所需的剪應變值取決于材料的韌性，而韌性則隨切削區的溫度及剪應變率的變化而變化。溫度降低則韌性線性減小；而剪應變率升高則韌性也增加，增加值與剪應變率升高值的對數成線性關系。材料的這一自然屬性意味著，對于低切削速度，如果速度增加則韌性減小(由于剪應變率起主要作用)；而對于高切削速度，如果速度增加則韌性增加(由于溫度起主要作用)。即剪切面上導致斷裂的剪應變值隨工件材料的韌性不同而不同，而材料韌性又受切削速度的影響。對于同一種材料，使用冷卻液對剪切面上導致斷裂的剪應變值要低于不使用冷卻液時，這是由于冷卻會導致切削區內工件材料的韌性減小。一般說來，在切削韌性材料時，由于剪切面上產生切屑的剪應變不夠大，因而通常會產生連續的切屑。只有在切削一些硬化鋼時，如果采用冷卻液且切削速度低時，剪切面上才會產生不連續的切屑。
將要解釋的用于斷屑的剪切面斷裂法目標在于，對于任何加工條件，不論其工件材料性質、冷卻狀態和加工條件有什么差別，在金屬切削過程中，除了由于切掉工件材料而產生的剪應變之外，還要增大剪切面上的剪應變直到足以促證剪切面上有斷裂發生。
根據本發明的最佳實施例中的杠桿斷屑法可以實現提高剪應變的目的。該方法顯示于圖1中。切屑1首先從初始變形區(剪切面7)上產生，接著又由于受到刀具一切屑界面上的摩擦力的作用而在其與刀具前傾面10相接觸的背面產生二次變形。二次變形使得切屑向上卷起(由于背面的表面擴張)并從前傾面處移開。由于受到剪切面7上產生的新的切屑的推動，切屑會繼續前移并卷曲，當切屑的頭部11到達第一個固定的(在刀具上的)平面12時，切屑會在其根部8處受到剪切面7處傳來的作用力并在其頭部11受到平面12處傳來的作用力。切屑接著向上移動，直至其頭部11到達第二個固定的(在刀具上的)平面14。一旦切屑頭部接觸到平面14，切屑頭部11就會受到從平面14上傳來的作用力，該作用力與切屑根部8受到的來自剪切面的作用力協同作用使切屑成為小半徑卷曲形狀。切屑接著沿弧線前移并稍微在其前面部分處產生彈性后效，并受到第三個固定的(在刀具上的)平面13的限制，故其側向移動(由切屑側向卷曲所導致)受阻，這樣，切屑前移直至其頭部11被第四個固定的(刀具上的)平面9阻止。一旦切屑1的頭部11接觸到平面9，切屑即成為一個卷曲形的杠桿，其頭部11為加力點并從平面9上接受到作用力，切屑1與平面12之間的接觸點為支點，切屑的根部8，即切屑與工件3的剪切面7相交處，成為施力點，這樣，切屑形成處的剪切面7相交處，成為施力點，這樣，切屑形成處的剪切面上除了原有的剪應力以外，還要受到這一附加的杠桿力，直至剪切面7上有斷裂發生。
下面將詳細介紹根據本發明的斷屑器最佳實施例。
圖2顯示了第一個最佳實施例，該斷屑器用于車削。斷屑器22與鑲嵌式刀片18一起夾緊固定在一個刀柄上。斷屑器的底面16與鑲嵌刀片的前傾面21保持傾斜，還包含一個側流限制平面13，該側流限制平面幾乎垂直于主刀削刃19，還包含一個上卷曲導向平面14以及一個輔助反作用平面15。在切削時，切屑從剪切面產生并沿刀具前傾面移動，再移向斷屑器的平面12，由于刀具一切屑界面處有摩擦力和熱膨脹，故切屑會向上卷曲，又由于在主切削刃19和刀尖20處材料流速不同，故切屑又會有一個側向卷曲。當切屑頭部接觸到平面12后，切屑主體會被彎曲，切屑會被迫繼續上行移過平面12，卷曲的切屑內側受壓產生彈性和塑性變形，而卷曲的切屑外側會受拉產生彈性和塑性變形。切削的進給速度越大，切屑兩側的塑性變形也越大。這種塑性變形可以防止卷曲形狀的切屑張開。隨著切削繼續，由于切屑形成時產生的側向卷曲，會使得切屑一側靠向平面13，這樣，切屑的側向移動會被平面13限制住。卷曲的切屑隨后會從斷屑器22內向外移動并向下移向刀具主側面23。一旦切屑頭部接觸到刀具主側面23，它將施加給主側面23一個作用力，同時也受到主側面23上的一個反作用力。這樣，切屑成為一個卷曲的杠桿，切屑頭成為加力點并接受刀具主側面23上的作用力，切屑與平面12之間的接觸點成為支點，而切屑的根部，即切屑與工件的剪切面的相交處，則成為施力點并在剪切面上的剪應力的基礎上施加一個附加作用力。由于支點距切屑頭部的距離要遠大于支點距切屑根部的距離，因此只需在切屑頭部中一個很小舉升力就可以使剪切面上受到的作用力產生足夠的附加應變，從而使剪切面上有斷裂發生。因這一階段，如果工件材料是低韌性的或是進給速度較大，則這個舉升力在切屑作為杠桿而引起剪切面斷裂之前不會大到使卷曲形的切屑展開的地步。而如果工件材料是高韌性的或進給速度較低，則剪切面上產生的切屑會被斷屑器的平面12卷曲，然后又受到平面13和14的作用并上移再下移指向刀具主側面。一旦切屑頭部接觸到主側面，切屑將成為一個杠桿，并如前所述的那樣向剪切面施加一個作用力。如果切屑頭部受到的舉升力在引起斷裂發生之前，還未大到使卷曲的切屑展開，則切屑會斷裂，正如前面所述的低韌性工件材料或大進給速度那樣。否則，卷曲的切屑將被展開直到它被平面15所阻止。一旦切屑上位于杠桿加力端的部分接觸到平面15，則切屑與平面15之間將產生一個摩擦力，這個摩擦力又成為杠桿的又一個加力點。杠桿會在其根部向剪切面施加一個附加的力，直至剪切面上有斷裂發生。一旦斷裂發生，切屑將在其根部斷裂。施加在切屑上的各個力將消失，之后將重新開始產生、斷裂下一截切屑，進入新的循環過程。斷裂下來的切屑會在其根部被下一個產生的切屑的頭部推動著，移向刀具主側面，在下一個切屑接觸到刀具主側面之前，斷裂的切屑已從刀具主側面落下去。
這種方式產生的斷屑形狀象一個數字“9”。如果切削進給率較大，則會有這種可能，即一旦發生斷裂，聯接著已斷裂的切屑以及從剪切區產生的新的切屑的斷裂區將被新切屑推動著，一邊斷裂一邊移向刀具主側面，而斷裂的切屑與新的切屑將構成一個弧形。斷裂的切屑的頭部受到的反作用力將使這個弧形上張開一個開口。在開口張開的同時，由斷裂切屑與新切屑構成的弧形將作為一個杠桿從而使新切屑在其根部(剪切面)斷襲。新的斷襲區將被推出并開始新的一個斷屑過程，而舊的斷裂區則被彎曲并斷開。這種方式產生的斷屑開狀象一個字母“C”。
圖3為根據本發明的斷屑器的第二個最佳實施例，該斷屑器用于車削并與一個三角形鑲嵌式刀片30一起工作，斷屑器32的底面28與刀具前傾面33相接觸。斷屑器的夾緊面29夾緊于刀柄(未畫出)中。斷屑器上斷屑槽與圖2中顯示的最佳實施例一樣，也包含一個回轉平面24、一個側流限制平面25、一個上卷曲導向平面26以及一個輔助回轉平面27。本例中的斷屑原理與圖2中所示相同。
比較圖2、圖3中所示的二斷屑器，可以看到，根據本發明可以使斷屑器具有不同的形狀，以適應鑲嵌式刀片的形狀，但斷屑槽的形狀可以一致。
圖4中顯示了根據本發明的斷屑器的另一個最佳實施例，該斷屑器用于車平面或鏜孔并與一個矩形鑲式刀片40一起工作。斷屑器42的底面38與刀具前傾面41相接觸。斷屑器的夾緊面39夾緊于刀柄(未畫出)中。斷屑器的斷屑槽與圖2中所示的最佳實施例一樣，也包含一個回轉平面34、一個側流限制平面35，一個上卷曲導向平面36和一個輔助回轉平面37。本例中的斷屑原理與圖2中所示的相同。
比較圖2、圖4中所示的二斷屑器，可以看到，根據本發明的斷屑器可以用于車削或是其它切削，但其斷屑槽形狀可以一致，只是位置不同。
圖5中顯示了根據本發明的斷屑器的另一個最佳實施例，該斷屑器與一個鑲嵌式切割刀片一起使用。斷屑器51的底面46與鑲嵌式切割刀片48的前傾面50相接觸。斷屑器的夾緊面47夾緊于刀柄(未畫出)。斷屑器的斷屑槽靠近主切削刃49，斷屑槽包含一個回轉平面44和一個輔助反作用平面45。在切削時，切屑從剪切面上產生并沿前傾面50滑移，指向斷屑器的回轉平面44。由于在刀具一切屑界面處會有摩擦力和熱膨脹，故切屑會向上卷曲。一旦切屑頭接觸到平面44，則切屑會受彎曲而向上卷，在卷曲的切屑內側面會有彈性和塑性壓縮變形，而外側面會有彈性和塑性拉伸變形。切削的進給速度越大，切屑兩側的塑性變形也越大。塑性變形可以防止卷曲的切屑張開。由于剪切面上會連續不斷地產生切屑，這樣切屑會受彎向上卷曲著滑移過平面44，切屑的頭部會接觸到將被加工的工件表面上。一旦切屑頭接觸到工件表面，它將向工件施加一個作用力并同時從工件上接受到一個反作用力。這樣，切屑體構成一個卷曲形狀的杠桿，切屑的頭部作為加力點從工件上接受一個作用力，切屑與平面44之間為支點，而切屑的根部作為施力點向剪切面施加一個附加的剪切力。由于支點至切屑頭部的距離遠大于支點至切屑根部的距離，因此只需向切屑頭部施加一個很小的力就可以在剪切面上產生足夠大的附加剪應變，從而導致剪切面上有斷裂發生。如果在切屑杠桿引起剪切面斷裂之前，杠桿受到的舉升力不足以使切屑張開，那么切屑將斷裂，并重新開始下一個斷屑過程。否則，切屑將被舉升力作用而張開，這一張開過程最終會被平面45阻止。一旦位于杠桿舉升端這一側的切屑體接觸到平面45，則切屑與平面45之間將產生一個摩擦力，這個摩擦力成為杠桿的另一個舉升力。杠桿將從切屑根部向剪切面施加一個附加的作用力直到剪切面上有斷裂發生。一旦斷裂發生，切屑將在其根部斷裂，施加在杠桿上的各個力將消失，而下一個切屑的產生、切斷過程又將開始。斷裂的切屑將在其根部由下一個產生的切屑的頭部推動著移向將被加工的工件表面，再由工件攜帶著掉進機器的切屑容器中，這一動作會在下一個切屑的頭部到達將被加工的工件表面之前完成。
從上述斷屑器的各最佳實施例的解釋中可以看到，斷屑器的斷屑槽的大小可以在保證有效斷屑的前提下有所不同。然而，被切屑的切屑的形狀將隨著切屑深度與刃尖20至側流限制平面13(如圖2所示)的距離之比的不同而變化。卷曲的切屑的半徑將隨著進給速度與刀具主切削刃19至回轉平面12(如圖2所示)的距離之比的不同而變化。因此，在一個最佳實施例中，斷屑槽的尺寸是可調的。圖6中顯示了根據本發明的斷屑器的第五個最佳實施例，其斷屑槽可調。斷屑器64的夾緊面57夾緊于刀柄中。斷屑槽由一個可調節槽體68構成，該槽體上包含一個回轉平面52和第二個表面一上卷曲導向平面54以及一個可調側流限制體61，該側流限制體上帶有一個側流限制面53，而斷屑器64上帶有一個輔助反作用平面55。由刀具切削刃59至回轉平面52的距離可以通過調節槽體68上的鋸形齒65相對于斷屑器上的鋸形齒66的位置而調節。同樣，刀尖69至側流限制平面53的距離可以通過調節側流限制體上的鋸形齒62相對于斷屑器上的鋸形齒67相對于鑲嵌式刀片58的位置而變化。除了圖6所示結構以外，還可以采用其他方法固定與調節根據本發明的斷屑器的斷屑槽。可調節斷屑槽的結構也可以用于3、4、5所示的最佳實施例中。
圖7中顯示了根據本發明的斷屑器的第六個最佳實施例，4個根據本發明的斷屑槽位于一個鑲嵌式刀片的頂部從而形成一個鑲嵌式斷屑刀片。該鑲嵌式斷屑刀片上有4個切削刃72、73、74和75，可在切削過程中作為主切削刃。其中一個與圖2中所示相同的斷屑槽包含平面76、77、78和79，并與切削刃72一起工作。另一個與圖2中所示相同的斷屑槽包含平面80、81、82和83，并與切削刃73一起工作。第三個與圖2中所示相同的斷屑槽包含平面84、85、86和87，并與切削刃74一起工作。第四個與圖2所示相同的斷屑槽包含平面88、89、90和91，并與切削刃75一起工作。夾緊面92夾緊于刀柄(未畫出)中。
圖2中所示斷屑器上的斷屑槽的結構可以通過改變幾何參數而具有多種形狀，以適應斷屑器的實際應用或加工要求。斷屑槽的幾何參數包括(圖2)1)刀具前傾面21與斷屑槽的回轉平面12之間的夾角α；2)刀具主切削刃19至斷屑槽的回轉平面12的距離b；3)回轉平面12的寬度W；4)回轉平面12與上卷曲導向產面14之間的夾角β；5)回轉平面12的上端與上卷曲導向平面14的下端之間交線的長度L；以及6)斷屑槽的側流限制平面13與刀具主切削刃19間的夾角ψ。
對于圖2中所示的斷屑器上的斷屑槽，為了簡化，可以將夾角ψ設計成幾乎垂直于刀具主切削刃。而夾角ψ的最佳值則取決于切屑側流角η，該角η通常定義為切屑在刀削區的滑移方向與刀具前傾面的切削刃的法線方向之間的夾角(圖1)。夾角ψ的值可以這樣確定在切屑形成和斷裂過程中，切屑可以滑移出斷屑槽的內腔，同時其側流要受到側流限制平面13的限制，以實現根據本發明的杠桿斷屑過程。因此，夾角ψ的最佳設計值可以由下面的公式得出ψ＝90°-η (1)由于加工條件不同則切屑側流角η也不同，特別是將刀具圓角半徑、進給速度和切削深度組合起來考慮時更是如此(刀具圓角半徑從0.4至1.2，進給率從0.1至0.3，切削深度從0.3至4，則切屑側流角會在5°至70°之間變化)。為了簡化，可以用一個通常的切屑側角通過公式(1)計算夾角ψ。
圖8為根據本發明的切屑器的第七個最佳實施例，該斷屑器與圖2中所示相似，只是夾角ψ不是90°。在這個最佳實施例中，斷屑器22的斷屑槽上的側流限制平面93垂直于刀具前傾面21，而平面93與刀具主切削刃19間的夾角(從刀具主切削刃逆時針方向測量)小于90°。
對于沒有圖2中所示的輔助反作用平面15的斷屑槽，可以根據斷屑槽的幾何參數與加工條件、斷屑半徑之間的相互關系，確定適當的斷屑槽幾何參數α、b、w、l和β，使得切屑經過回轉平面12、側流限制平面13以及上卷曲導向板14而從內腔中移出米后，會成為小半徑的高應變硬化的卷形，這樣，切屑經過杠桿斷屑過程后已在剪切面發生斷裂而不會張開并觸及輔助平面15，因此在斷屑過程中就不需要輔助反作用平面15了。
斷屑槽的幾何參數與加工條件、斷屑半徑之間的關系表達式可以從切削區的斷屑槽幾何結構來確定。忽略切屑的彈性后效，一個斷裂的切屑的半徑r以及參數b、α可以由下面公式表示r=b-htg(α/2)……(2)]]>其中h是刀具與切屑的接觸長度(圖1)，它是由加工條件所決定的，加工條件通常指進給速度、刀具前傾角以及工件材料流動應力特性，而材料流動應力特性受剪應變率和溫度的影響。參數b的值越小，切屑半徑越小。然而，b必須大于h，以使切屑能從切屑區自然產生。夾角α的增加會使切屑半徑減小，但另一方面，會在杠桿斷屑過程中減小切屑根部向剪切面施加的作用力，這是應避免的。
W和β的值越小，切屑半徑以及斷屑槽的體積也越小。然而W和β必須足夠大，從而切屑能從斷屑槽內腔中移出。本發明人發現b≤W≤5b ……(3)以及90°≤β≤130° ……(4)以及1的確定應使得切屑的側向滑移會受到側流限制平面3(圖1)的限制，從而不超出杠桿斷屑過程所要求的界限，另一方面又要使切屑能從切屑槽中滑移出來。長度1的范圍為d≤l≤10d……(5)其中d為切削寬度(圖1)。
圖9顯示的是根據本發明的斷屑器的第八個最佳實施例，其顯示了圖2中所示的斷屑器的斷屑槽的另一種變型結構。在這個最佳實施例中，斷屑器22的斷屑槽包含回轉平面12、側流限制平面93和上卷曲導向板14。該斷屑槽上沒有圖2中所示的輔助反作用平面15。在這種結構中，斷屑槽的幾何參數α、b、w、l和β可通過公式(2)、(3)、(4)和(5)確定，從而使斷屑槽中滑移出的切屑是高應變硬化的半徑曲卷形狀，且其側向移動受到側流限制平面93的限制。因此，此結構中不需要圖2中所示的輔助反作用平面15。
在圖9所示的斷屑槽結構中，在某些特定的加工條件下可以不需要側流限制平面93，此時的切屑從同轉平面12以及上卷曲導向平面14形成的角落中移出后，成為高應變硬化的小半徑卷曲形，其側向移動(未受到側流限制平面的限制)自然處于杠桿斷屑過程所需界限內。在車削低碳鋼時的上述特定加工條件示例為進給速度為等于或大于0.15毫米/轉，刀具圓角半徑與切削寬度之比小于或等于0.5。在這樣的切削過程中，圖9中所示的側流限制平面93是不需要的，可以從斷屑槽的結構中省去從而簡化斷屑器結構。這樣就成為圖10中所示結構。圖10顯示了根據本發明的斷屑器的第九個最佳實施例，其斷屑器的斷屑槽是圖2中所示的結構的另一個變型。在本例中，斷屑槽上只包含兩個平面回轉平面12和上卷曲導向平面14。
為了保證切屑會被杠桿斷屑法折斷，圖10中所示的上卷曲導向平面14不能省去以進一步簡化圖10中的結構，這是由于平面14對于確保切屑能形成斷屑杠桿來說是必需的。但是，可以如圖11所示的結構那樣，將回轉平面12和上卷曲導向平面14合并起來形成一個上卷曲導向及回轉平面，該表面的結構既具有上卷曲導向功能從而將切屑成型為卷曲的杠桿，又具有回轉功能從而實現杠桿斷屑過程。圖11顯示了根據本發明的斷屑器的第十個最佳實施例，顯示了圖2中所示的斷屑器的斷屑槽的另一種變型結構。在這種結構中，斷屑器22上有一個斷屑槽，斷屑槽由一個側流限制平面13以及一個弧形上卷曲導向與回轉表面96構成。參數b與圖2中所示相同。弧面96的半徑R、高度H以及中心坐標X、Y的確定應使表面96能夠與側流限制表面13一起工作，從而將切屑成形為卷曲形杠桿，并且一旦切屑頭部接受到一個反作用力，切屑將在其背面與表面96接觸的地方形成杠桿支點，而表面96則在杠桿斷屑過程中起回轉面的作用。下面是一個確定上卷曲導向與回轉表面96的結構的示例，在低碳鋼的車削中，切削速度為100米/分鐘至300米/分鐘，進給速度為0.03毫米/轉至0.3毫米/轉，則參數R、H、x，Y分別為1.5毫米至5毫米，1毫米至6毫米，0毫米至0.5毫米以及1毫米至6毫米。
在制造根據本發明的斷屑器時，如果不是用壓制或燒結法而是用切削法加工圖2所示的斷屑槽，那么費用會很高且加工困難。一種組合式斷屑槽結構可以避免這種加工問題。這種結構顯示于圖21中，該圖中所示結構為根據本發明的斷屑器的第十一個最佳實施例，該例是圖2中所示斷屑器的斷屑槽的結構的又一種變型。在本例中，在一個組合式斷屑器上的斷屑槽由回轉平面12、上卷曲導向平面14以及側流限制平面93構成。平面12和14位于主體22上。平面93則位于分體94上。在主體22和分體94之間有一個間隔g。通過調節g的值，可以對平面93的位置和作用進行調節。組合式斷屑器通過刀柄〔未畫出〕上的夾緊裝置(未畫出)壓緊在鑲嵌式刀片18上。夾緊裝置同時夾緊在組合式斷屑主體的頂部17以及分體的頂部94上。
這樣，對于用工具鋼類材料制造斷屑器來說，只需簡單的切削和表面硬化工藝；對于用碳化鎢或陶瓷材料制造斷屑器來說，只需壓制或燒結工藝。
在附圖所顯示的示例中，只給出了一些用于車床加工的根據本發明的斷屑器的最佳實施例。這是因為車床加工中出現的連續切屑問題要比其他的金屬加工過程嚴重，例如銑削。但是，根據本發明的斷屑器也可以于其他切削過程中。
在上述解釋的各個圖中，只顯示了通過將斷屑器頂部用夾緊裝置夾緊而使斷屑器與平前傾面的鑲嵌式刀片一起用于切削過程的情況。但并非只局限于此，斷屑器還可以用其他方式夾緊，例如，可在斷屑器上開一個孔用于容納夾緊裝置，或是將斷屑器與鑲嵌式刀片一同固定在刀柄上，這樣，可以夾緊根據本發明的斷屑器。此外，還可以將斷屑器與鑲嵌式刀片成形為一體，即構成根據本發明的鑲嵌式斷屑刀片，這種刀片上組合了至少一個根據本發明的斷屑槽以及一個鑲嵌式刀片。
根據本發明的斷屑器可以在有或沒有冷卻液的加工條件下使用。在干式切削時使用本斷屑器，可以將切屑斷裂成小于一周的小碎片；在有冷卻液時使用本斷屑器，也可以將切屑斷裂成小于一周的小碎片，這與干式切削的切屑類似，但切屑的斷屑的圓弧半徑要比干式切削的切屑小且齊整，這是由于冷卻作用降低了材料的韌性。
一般說來，雖然圖示中的斷屑器上各表面均為平面(除了圖11中的表面96)，但它們在保證能夠實現杠桿斷屑過程的前提下，可以制成其他的形狀。
權利要求
1.用于金屬切削過程中的斷屑裝置，可在金屬切削過程中將切屑從工件上的切屑形成的剪切面上切斷，該斷屑裝置包含杠桿形成部件，用于將一個切屑成形為一個杠桿，該杠桿可施加一個作用力以增大剪切面上的剪應變直至剪切面上有斷裂發生。
2.根據權利要求1的裝置，其杠桿形成部件包含一個回轉表面，用于將一個上述切屑向著一個反作用表面彎曲，同時還在該回轉表面與上述切屑接觸的地方形成一個支點。
3.根據權利要求2的裝置，其上還包含一個導向表面，用于引導上述切屑向上述反作用表面滑移。
4.根據權利要求3的裝置，其上還包含一個側流限制表面，用于限制上述切屑的側向滑移。
5.根據權利要求4的裝置，其上還包含一個刀具主切削刃約束面，而側流限制表面與刀具主切削刃約束面間的夾角ψ可由下面公式表達出ψ＝90°-η其中η代表切屑側流角。
6.根據權利要求3至5中任意一款的裝置，其導向表面與回轉表面合并起來，成形為單一的弧形表面。
7.根據權利要求3至6中任意一款的裝置，還包含一個輔助反作用表面，用于在其接觸到上述切屑的屑體時提供一個輔助的反作用力。
8.根據權利要求1的裝置，其上包含一組表面用于修正切屑運動方向。
9.根據權利要求2至8中任意一款的裝置，其上的至少一個上述表面的位置可調。
10.用于金屬切削過程中的斷屑裝置，包含這樣的部件對于任何加工條件，這些部件均可以增大切屑形成的剪切面上的剪應變，直至上述切屑在剪切面上斷裂。
11.根據權利要求10的裝置，其包含一組表面用于修正上述切屑的運動方向。
12.根據權利要求11的裝置，其上的至少一個上述表面可調。
13.根據上述權利要求中的任意一款的裝置與一個鑲嵌式刀片構成組合體，該鑲嵌式刀片帶有一個用于杠桿的反作用表面。
14.根據權利要求1至12中的任意一款的裝置與一個工件構成組合體，該工件上帶有一個用于杠桿的反作用表面。
15.根據權利要求1至12中任意一款的裝置，與一個鑲嵌式刀片成形為一體式的結構。
16.根據權利要求1至12中任意一款的裝置，由一個以上的部分組裝而成。
17.一種用于金屬切削過程中的斷屑方法，其包含這樣一個步驟對于任何加工條件，增大切屑形成的剪切面上的剪應變，直至一個上述切屑在剪切面上斷裂。
18.一種用于金屬切削過程中的斷屑方法，可在金屬切屑過程中將切屑從工件上的切屑形成的剪切面上切斷，該方法包含這樣一個步驟將切屑成形為一個杠桿，從而施加一個作用力以增大剪切面上的剪應變，直至剪刀面上有斷裂發生。
19.根據權利要求18的方法，還包含下列步驟(1)向上述切屑的頭部施加一個作用力，上述頭部形成上述杠桿的加力點；(2)在上述切屑的頭部與根部之間提供一個支點。
全文摘要
提出了一種斷屑方法,該方法可通過提高剪切面即切屑與工件交界處的剪應變直至剪切面上有斷裂發生,從而將切削過程中產生的切屑斷裂成小的碎片。這是如此達到的:將切削中產生的切屑(1)成形為一個杠桿,其中切屑的頭部(11)作為杠桿的加力點并從第一個平面(9)處接受到一個作用力,切屑(1)與斷屑器的第二個平面(12)間的接觸部位作為支點,而切屑的根部(8)即切屑聯接剪切面的部位作為施力點,并向剪切面施加一個附加的剪應力以使材料發生應變,直至剪切面上有斷裂發生。
文檔編號B23B25/02GK1207697SQ96199707
公開日1999年2月10日 申請日期1996年12月13日 優先權日1995年12月20日
發明者李小平 申請人:李小平