如何选用车刀架及其原理.docx

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如何选用车刀架及其原理

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如何选用车刀架及其原理：

（1）.切削角（Cuttingedgeangle）：

切刃与工件接触线所成之角，亦称导角。

：

尽可能使用大切削角，以延长刀片寿命。

1选用大导角切削之优缺点：

优点：

ⅰ切削时，切削之宽度较宽，而较薄之切屑亦使切刃单位受力减少，可大幅提高进刀速率。

不必怕因超负荷，而致切刃损坏。

ⅱ散热效果优，切刃不易磨损，提高刀片寿命。

ⅲ圆鼻半径处，不易损坏，以0°之导角切削时，因所以切削负荷，皆由刀鼻承受，故容易损坏。

缺点：

ⅰ工件有直角之轴肩时，无法使用。

ⅱ推送力方向会产生变化，导角为0°时，推送力既无切削力，若导角大于0°时，推送力会分成两分力，既切削力与径向力，径向力对于震动会产生很大之影响。

震动是因变形而产生之变形量又随径向力之增加而增加，故径向力增加，震动亦随之增加。

反之，切削力因作用于轴向，故对震动影响最小，几乎无影响。

注：

通常工件无尾座支撑时，若长度比直径大4倍以上，或者有尾座支撑，但长度比直径大8倍以上时，最易发生震动现象，此时如使用大导角刀具，需多加考虑。

（2）.斜面角（Rokeangle）：

由边斜面角，背斜面角及导角所形成，有正，负之分。

①．选用负斜面角之利弊：

ⅰ切削时，切屑推向工件表面，容易伤及工件表面，大都用于粗加工，目前因断屑槽发展多样化，已渐渐改善此问题。

ⅱ强度佳，不易断裂，当机器有足够马力时，可切削高强度合金钢。

ⅲ可作断续及重力切削。

ⅳ切削阻力大，机器需要有较大之马力。

ⅴ降低成本，可用之切刃比正斜面角刀片，多一倍。

②．选用正斜面角之利弊：

ⅰ切削时，使切屑容易离开工件，获得光滑表面。

ⅱ断屑槽变化少，不易断屑，适用于软钢及非金属。

ⅲ切削阻力小，但刀尖易破损。

刀柄之选择：

1．功用：

ⅰ提供刀片之刀刃缘接触刀工件之中心线，并产生正确之斜面角与逃角（Clearanceangle）

ⅱ提供刀刃缘足够之支持力，使切削阻力所产生之变形，减至最低

2．使用方法：

ⅰ一般外径加工所产生之刀具变形，几等于零，故不予细论。

ⅱ刀具变形与搪刀架之直径的四次方根成正比，如搪刀直径增为原来两倍，则其变形量只为原来之1/16。

ⅲ在使用搪刀时，应就所加工之尺寸，选用最大之搪刀柄，但要维持工件内径之间隙及切屑排除之去路。

在此建议，搪刀架与工件内径之间隙，每边在4mm以上，但如要用4mm以下之间隙时，可能只有下列情况才会成功。

A．贯穿孔加工B.加工深度2×D以内C.断屑效果佳D.使用冷却液,清除切屑E加工短屑材质F.使用没有ClampSet之搪刀架,亦即P形锁固.

ⅳ减少悬空长度,刀具变形量与悬空长度之三次方根成反比,如悬空长度减为原来之一半,则变形量减为原来之1/8.悬空之长度,亦影响震动,表面粗糙度及尺寸之控制.

ⅴ刀柄材质之选择:

刀柄之材质也关系到刀具变形量,虽没像刀柄尺寸或悬空长度影响那么大,但若以碳化钨刀柄取代钢质刀柄,则可减少变形量63%.

ⅵ刀柄材质与伸长量:

A钢质刀柄→4×D以内,三倍以内效果最好

B高速钢柄→6×D以内,4.5倍以内效果最好

C碳化钨柄→8×D以内,六倍以内效果最好

③.锁固方式:

ⅰ.C型→压板固定式,正斜面角切削,切削阻力小,适用于无孔之刀片.

ⅱ.P型→是利用杠杆作用,将刀片内拉而固定之,锁固简单,定位精度佳,惟零件更换麻烦,另需注意刀片磨耗后,是否依然紧密锁固.

ⅲ.M型→以偏心方式,用固定螺丝将刀片内拉而固定之,并以压板压制刀片,防止刀片翘起,其综合了C型及P型之锁固方式,亦吸取其精华,促成其耐冲击,耐重力切削之固锁方式,惟操作上较麻烦,需用两根不同之扳手操作,但零件替换容易.

ⅳ.E型→是利用一偏心杆,依逆时针方向,将刀片锁定,设计简单,操作容易,减少刀片更换时间,适用于轻/中切削,是小型车床之最佳帮手.

ⅴ.W型→强力型锁固,是利用一固定销加一压板,将刀片往外推而固锁,耐冲击及重力切削,惟刀片定位精度稍差,零件费用稍高,零件更换麻烦.

ⅵ.S型→是一零件最少之锁固方式,利用单一螺丝配合螺丝头之斜度,以偏心方式,将刀片往内拉而固锁,一般用于小柄径之内/外径刀.

注:

为防止固定螺丝受力太大而磨损或不易开启,请在螺丝部位及与刀片接触之部位,抹上二硫化钼油脂,以降低摩擦,而使刀片能轻易卸下,进而节省刀具附件之消耗.

设定切削深度及进给速率:

Q（切除率）=V（切削速度）×F（进给速率）×D（切削深度）

1由上式中得出,切削速度,进给速率,切削深度,无论那一项增加和减少,都将影响切除速度的增减,亦会对刀片寿命产生影响,而其中之拿捏,端视操作上之要求,由操作者依需求,而做一适当调整.

②假设切削深度设定在10倍于进给速率时:

ⅰ.将切削深度增加50%时,则刀片寿命将减少约15%

ⅱ.将进给速率增加50%时,则刀片寿命将减少约60%

ⅲ.将切削速度增加50%时,则刀片寿命将减少约90%

ⅳ.由于切削速度影响刀片寿命甚巨,故而在建立工作条件时,应谨慎处理,尽量提高切削深度及进给速率,来减少工时.

③选择最大切削深度及进给率有以下之限制:

ⅰ.工件表面粗糙度,光滑,精度.

ⅱ.刀片抵挡切削阻力之能力.

ⅲ.工件,刀具夹持之状况.

ⅳ.加工欲流量.

④简易设定切削深度及进给速率之方法:

ⅰ.以刀片边长的1/2为最大切削深度.

ⅱ.以刀尖圆鼻半径的2/3为最大进给速率.

⑤切削速度所受到的限制:

ⅰ.刀片寿命.

ⅱ.机台之最高转速,马力,稳定性.

ⅲ.下列状况必须降低切削速度,（降低之百分比,是以正常切削为基准,是一经验值）

A.工件长度大于4倍直径时（未加顶心）

B.车内孔,切槽,切断,约降为60%（以外径加工为准）

C.锻件毛坯,不利夹持时,约降为60～80%

D.铸件毛坯,不利夹持时,约降为60～70%

E.断续切削,约降为60～70%

F.热处理后加工:

HRC43°以上,约降为30～40%

HRC52°以上,约降为10～30%

⑥切除率（Q）所受到之限制:

ⅰ.切削加工之安全性,工件精度,刀片磨耗.

ⅱ.一般切削条件参考:

A.重切削→D=5～12mmF=0.4～0.8V=90～150

B.中切削→D=2～6mmF=0.5～0.5V=150～200

C.精切削→D=0.3～0.5mmF=0.05～0.3V=180～250

防止振刀产生之对策

振刀之产生:

切削之际,刀具与被削材间产生相对振动,于工件表面产生周期性的振纹而谓之.

原因:

切削中所产生的振动若与刀具或机械等原有之振动频率结合一致时,则成为激烈振动,此时便有振刀产生.

对策:

1.提高或减少切削进给量试验之.

2.减少切削量（M级刀片时,MIN0.2MM以上）

3.刀柄伸出量于可能范围内尽量缩小.

4.刀尖高度对准工件中心线.

5.降低切削速度（亦可视情形提高）

6.减小隙角.

7.减小横切刃角.

8.减小刀尖角（R0.8→R0.4）

9.增大斜角（以研磨式的断屑槽为宜）

10.减少刀刃倒角量.

11.更换具有刚性的刀柄.

12.确认夹具等安装刚性.

13.调整机械.

不锈钢

不锈钢系列产品间之差别,如表1（a）所示.其中最难以切削者为奥斯田铁系之不不锈钢.

（a）不锈钢系列（d）奥斯田铁系

含有元素

金属组成

高Cr系

Cr13

麻田散铁系

Cr18

肥粒田铁系

高Cr高Ni系

奥斯田铁系

种类

系数

SUS201

SUS202

SUS301

SUS302

SUS303

SUS303Se

SUS304

SUS304L

SUS305

SUS305J1

SUS308

SUS309S

SUS310S

SUS316

SUS316L

SUS316J1

SUS316J1L

SUS317

SUS317L

SUS321

SUS347

SUS384

SUS385

SUSXM7

SUSXM15J1

0.43

0.86

0.50

0.57

0.64

（b）麻田散铁系

种类

系数

种类

系数

SUS403

SUS410

SUS410J1

SUS416

SUS420J1

SUS420J2

0.71

0.64

0.93

SUS420F

SUS431

SUS440A

SUS440B

SUS440C

SUS440F

0.77

0.57

（C）肥粒田铁系

种类

系数

种类

系数

SUS405

SUS429

SUS430

0.79

0.71

SUS430F

SUS434

1.1

注:

（（b）,（c）,（d）的系数为材料别切削速度

之系数

各系不锈钢与软钢之比较

种类

软钢

麻田散铁系

SUS-410（13Cr）

肥粒田铁系

SUS-430（18Cr）

奥斯田铁系

SUS-304（18-8

硬度

110～165

<210

140～170

120～150

支撑点（kgf/m㎡）

25～30

>35

拉力强度（kgf/m㎡）

38～45

>55

50～60

55～65

延展性（%）

28～35

>25

37～40

55～65

热传导度

×10-3

Cal/cmSec℃

124

57～59

50～52

33～39

比

0.5

0.4

0.3

热膨胀系数

0～200℃

×10-5/℃

10.5～12.6

9.0～10.0

9.0～10.8

14.5～17.5

比

0.9

0.95

1.6

奥斯田铁系不锈钢难削性之原因及其对策

Ⅰ）加工硬化

图3（a）表示加工硬化程度,奥斯田铁系的硬化与局部淬火钢之硬度相近.

【对策】

A）切深及进刀量不可变小,即使轻切削时切深量要在0.5mm以上,进刀0.07mm/rev以上,可能的话最好超过0.1mm/rev.

B）速度较普通钢减低,重切削则依加工基本原来进行.

C）尽快更换刀片,以侧面磨耗幅达到V=0.5mm之前应更换刀片.

Ⅱ）切削抵抗大

如图3（b）背斜角20°时,显示切削抵抗力.奥斯田铁系时炭素钢的二倍.

Ⅲ）产生加工障碍之现象

切削时产生之组成应力,在刀刃部分经过后,会迅速反弹,撞击刀刃,此种撞击现象,会增加加工硬化之效果.

【对策】

A）不要选用切削性不良或刃口易变形之刀刃设计.

B）使用刚性较佳的机械.

C）可能时,尽量不要作断续切削.

D）采用断面较大的刀杆（□20→□25→□32）.

E）刀柄之突出量应尽量减少,原则上不超出刀柄厚度之值.

Ⅳ）低热传导性

奥斯田铁系和软钢比较,产生之热约二倍,而导热性约1/3而已.

【对策】

A）采用大断面积之刀具,使热容量增加（□20→□25→□32）.

B）采用大背斜角（0°→5°→10°→15°）

C）大量注入水溶性切削油

ⅴ）刀刃部之溶著况象增加,引起刀具之剥损

【对策】

A）选用耐剥损之刀具材种

B）切削速度不能太低（50m/min以上）

C）选较大刀尖圆角R（1.2mm程度）

D）能有效处理切屑之断屑槽

E）在刀刃的刃口作轻微之倒角

F）使用切削剂时,要大量且均匀的注入

超耐热合金

耐热合金是与STELLITE同类之材料,使用于温度超过650℃以上之状况,可分为Ni系,Co系及Fe系等,其切削特性与奥斯田系不锈钢近似,均为难加工之材料.

1分类及对照

Ni基合金

Inconel,Nimonic,Hastelloy,Waspaloy,Rone

Co基合金

S-816,HS-25,J-1570,Stellite

Fe基合金

Incoloy,N-155,S590

照片显示车削耐热合金时刀具型损伤,注意其境界磨耗异常的大,一般湿式切削效果比干式切削好的机会较大.

【推荐】

材料

条件

粗加工

高速

氮化矽陶瓷

KS8000

V=200m/min,d=2mm,f=0.1mm/rev,湿式,圆刀片

低速

超硬K种

K10

V=30m/min,d=2mm,f=0.1mm/rev,湿式

精加工

高速

黑陶瓷

A65

V=200m/min,d=0.5mm,f=0.1mm/rev,湿式,圆刀片

低速

超硬K种

K10

V=40m/min,d=0.5mm,f=0.1mm/rev,湿式

*STELLITE之粗加工,亦可使用KBN30S.

重点

●尽可能使用圆型刀片,否则尽量挑鼻尖角大之刀片.

●尽可能使用大刀尖R角（如图1,使切削深度包含于刀尖R之内）

●使用变化境界深度之加工方式;如图2

钛合金

钛及钛合金

使用于宇宙,航空及原子能相关工业之耐蚀性,质轻且高强度之未来形的材料.

Ti合金因导热最差故也是最难切削之材料.

1难削性的理由

a）导热性差,约为钢之1/5～1/6

b）因密度小,故工具与切屑之接触区域非常的短,刀尖所受约为切削软钢二倍左右之高热.

c）在高温下之表面层形成含氧化物,碳化物,氮化物之表面层与刀具互相摩擦使刀具磨耗.

d）因化学的亲和力高,被削物与切屑会溶接,损害加工面.

e）在空气中热到1200℃,会自然着火.

f）容易产生溶著现象

2切削条件及适合工具材料

切削速度

普通钢之1/4程度

进刀量

尽可能的提高

背斜面

尽量加大（加工不锈钢亦同）

切削油剂

大量注入

工具材料

超硬K种（K10～30）KS=0

Al2O3被覆材质

HSS（含Co）

切削纯钛,有很多使用钻石工具

车削TNGG160408R-25R

铣削SEK42AF3NY

SEK42AF3N

削材之解决

难削材加工的重点一览表

分类

代表性被削材

主要损伤

工具形状之选定

切削条件

高

硬

度

材

淬火钢

激冷轧辊

硬质铸铁

背斜面磨耗

剥落

欠损

横切刃角大

逃角大

背斜角,R角大

切削速度小

进刀量小

不

锈

钢

SUS302

SUS304

SUS310

SUS410

欠损

附着刃尖

热磨耗

背斜面磨耗

斜角大

逃角大

R角大

切削速度小

进刀量中

切削深度中

使用切削液

耐

热

合

金

Inconel

Ninonic

Hastelloy

Stellite

境界损伤

剥损

热磨耗

背斜角大

侧切刃角大

R角大

切削速度小

进刀0.15以下

使用切削液

钛

纯钛

钛合金

磨耗

欠损

境界损伤

斜角大

背斜角大

R角大

切削速度小

进刀量大

使用切削液

含

有

硬

质

粒

玻璃

碳棒

陶瓷

岩石

机械磨耗

逃角大

前切刃角大

R角大

切削速度小

进给量稍稍加快

合

成

树

脂

等

FRP

木材

石棉

硬质橡皮

热磨耗

热龟裂

背斜面磨耗

背斜角大

逃角大

R角大

切削速度大

进刀量大

一般钢及合金钢

材料记号

名称

特长

热处理

用途

S10C～S25C

机械制造用碳钢

韧性大

被削性不好

渗碳淬火

铆钉

SCM的代替

S20C～S35C

↑

一般用

被削性良好

淬火

齿轮

轴

S40C～S45C

↑

淬火

高周波淬火

大型轴

一般作业工具

S50C～S58C

↑

硬度高

被削性不好

淬火

大物机械零件

SCM

铬钼钢

淬火性良好

被削性良好

淬火

渗碳淬火

高周波淬火

CRANK（曲轴）

齿轮

SPINDLE（纺锤）

工作机械

SCr

铬钢

硬度高

耐磨耗性大

耐腐蚀性大

被削性良好

淬火

射出模顶销

模具

SKD

合金钢

工具钢

硬度高

耐磨耗性大

强度大

被削性不良

淬火

模具

（压模）

（测量工具）

SUJ

高碳素铬

轴受钢

硬且韧性大

耐磨性大

烧入性良

被削性不良

淬火

轴承

SMn

锰钢

硬度高

耐磨耗性大

被削性不良

淬火

建设机械

SNC

镍铬钢

硬且韧性大

耐腐蚀性大

被削性不良

渗碳淬火

齿轮

曲轴

管路弯头

SNCM

镍铬钼钢

硬且韧性大

耐腐蚀性良

被削性不良

淬火性较良

渗碳淬火

淬火

涡轮叶片

齿轮

轴

旋削加工之问题对策

1-1有关崩刃,缺损之对策

A.刀片

1.改用刀尖角大之刀片.（△→◇→□→○）

2.改用鼻尖角大之刀片（R0.4→R0.8→R1.2→R1.6）

3.改用断屑槽背斜角小之形状

4.将倒角面之宽度及角度加大

5.加大横切刃角（15°→45°）

6.将刀片材质改用韧性小之刀片

B.加工条件

1.降低进给率（f=0.35mm/rev→f=0.25mm/rev）

2.减小切削深度（d=3mm→d=2mm）

3.速太低之情况,请提高切削速度（V=50m/min→v=100m/min）

4.改用刚性高之刀柄（柄20→柄25→柄32）

加工现场之利器---手（细）磨刀石

以#400之手磨刀石于刃尖处轻轻研磨几下,可轻易提升强度.尤其石车牙,切槽及小内径等重重视锋利度之情形,更须微量研磨.若因机械或工件之情况所导致之不稳定现象,请务必现场尝试以手（细）磨刀石研磨刀尖.

1-2磨耗对策

2.逃隙面磨耗2.背斜面磨耗

A.刀片A.刀片

1.将逃隙面加大1.将背斜角加大.

2.将倒角面之宽度及角度变小2.改用较硬之刀片材质

3.改用较硬之刀片材质

B.加工条件B.加工条件

1.提高进给率.（f=0.15mm/rev→f=0.20mm/rev）1.降低切削速度

2.降低切削速度.（v=300m/min→v=250m/min）2.降低进给率

3.减小切削深度.（d=3mm→d=2mm）3.减小切削深度

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