摘要：针对重型加工的粗加工车削工艺问题，论述了重型车切削中刀具材料、刀具结构及刀具角度、切削用量等工艺参数的选取原则。结合生产实际，给出了一种适用于重型车削粗加工的新型附带卷屑装置的机夹硬质合金刀具，对重型车削加工的实际生产具有借鉴作用。

引言

车削加工是机械制造加工工艺的主要工序。特别是在重型机械加工制造业中，工件结构尺寸堪称巨型，重量高达60～80t，甚至上百吨，加工设备重型卧车回转直径达到6m，重型立车可达到10m。重型车削加工与普通加工相比，切削深度大、切削速度低、进给速度慢。加工余量达单边35～50mm，加之切削过程中工件平衡差，加工余量分布不均匀，机床的某些部件不平衡等因素引起的振动，使加工的动态不平衡过程要消耗很多的机动时间和辅助时间。所以加工重型零件，提高生产率或机器设备的利用率，必须从增大切削层厚度和进刀量入手，要重点考虑切削用量和刀具的选择，改善刀具结构和几何形状，将刀具材质的强度特点考虑进去，以求提高切削用量，显著降低机动时间。

1 刀具材料的选择

切削常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。重型切削深度一般可达30～50mm，余量不均，工件表面有硬化层，粗加工阶段的刀具磨损以磨粒磨损形式为主：切削速度一般为15～20m/min，尽管速度值处于积屑瘤发生区，但切削的高温足使切屑与前刀面的接触点处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤生成。刀具材料的选择要耐磨损、抗冲击。陶瓷类刀具硬度高，但抗弯强度低，冲击韧性差，不适于余量不均的重型车削，CBN存在同样的问题。硬质合金却有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，大大提高刀具耐用度，适于高硬度材料和重载车削粗加工。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT) 和碳化钨类(YW)。加工钢料时，YG类硬质合金的强度和韧性好，但高温硬度和高温韧性较差：重型车削时工件塑性变形大，摩擦剧烈，切削温度高，因此在重型车削中很少用YG类硬质合金。YT类硬质合金有高硬度和耐磨性、高耐热性、抗粘结扩散能力和抗氧化能力，是重型车削常用的刀具材料，适于加工钢料。然而在低速车削时，切削过程不平稳会造成YT类合金的韧性差，产生崩刃：尤其是加工一些高强度合金材料时，YT类硬质合金耐用度下降快，无法满足使用要求。在这种情况下应选用YW类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具(如643等)。细晶粒合金的耐磨性好，更适用于加工冷硬铸铁类产品，效率较YW类刀具可提高1倍以上。

用硬质合金刀具提高重型加工的车削速度，是提高生产率的关键之一，也是缩短生产循环期的有利因素。工序中分几个行程切除大余量，每次的切削深度很小，而利用硬质合金刀具的切削性能，切削速度就会大大提高。

2 刀具角度的选择

重型车削粗加工阶段，工件外表面的锻造氧化皮、裂纹、铲坑、铸造夹杂、气孔等缺陷都易导致刀具破碎，因此应选择合理刀具角度。重型加工条件下，因粗加工要切除很厚的切屑，车刀一般采用前角g=8°～12°，而普通g=15°。切削刃倾角l=10°～18°。如果减小前角，即增大切削角，可在某种程度上增加切削刃的强度。应指出：减小前角，切削力增大，但在g由15°变到10°时，切削力增加得很小，而增大的工作前角和楔角，提高了刀刃的锋利性和刀尖强度3 尤其是在工件很重，旋转带有冲击性的负荷时，切削刃的刃倾角l=10°～18°创造了最有利的切削条件，因而在切削时，冲击力的作用点离开了刀尖，可防止刀尖破碎。同时，在主切削刃上开有1mm左右宽的负倒棱、R2mm左右的刀尖圆角以提高刀刃的抗冲击性能，但刀具安装角度还要根据实际情况调整。

3 刀具结构的选择

粗加工阶段切削余量大，对刀具的刚性要求较高。一般而言，整体刀具刚度好，但结构笨重，装卸困难：而机夹刀具拆卸灵活，动刚度也可满足加工要度。机夹刀具的刀片材质选择及夹持结构对加工精度很重要，实际加工中发现，偏心销夹紧和勾头压紧式不适合重型粗加工，因为粗加工时工艺系统振动大，常使压紧机构松动，导致刀片损坏：上压式结构也常因阻碍了切屑的流出而造成压块的损坏。机夹刀具的制造精度要求也很高，因为即使微小的误差，也能使定位机构变成承力机构，由于重型切削的加工过程中切削力很大，易使刀具损坏。经实际加工验证，下图所示结构的刀具更适于重型车削的粗加工。

1.刀夹 2.垫板 3.挡铁 4.附加卷屑器 5.螺栓 6.刀片

用机械法固定硬质合金刀片的车刀图

这种新型硬质合金机夹车刀，装有可调整的附加卷屑器，使切屑卷成螺旋线型滑出。图中，附加卷屑器4同时又是刀片6的夹持器，使刀片紧固在刀夹1中。切削时，切屑碰到卷屑器的工作部分就卷起来，此部分焊一个厚3～5mm的硬质合金片。附加卷屑器的前端压住硬质合金刀片，而后端则压住挡铁3。挡铁3下部及垫板2上部有锯齿纹，刀片磨损后，借此结构可将刀片伸出。垫板，用合金及淬火工具钢制成，用以保护硬质合金刀片不受折损。

该新型机夹车刀采用长方形刀片，磨刀时，刀片夹在专用刀杆内，磨出的刀具角度用样板检查。硬质合金刀片的刃磨角度为，前角g=10°，后角a=8°，主偏角k
_{r=55°或45°，副偏角k_{r1=15°。为使刀杆可以重复使用，用45#钢锻造制成，热处理硬度为HRC45～48。用该车刀的重型车削经验表明：切屑在高速切削时卷成螺旋线型是最好的形状(切削断面很大)，切屑在切削刃附近就即行折断。若重型车床运转平稳，则硬质合金刀片切削刃不致破碎，生产效率就大大提高。}}

经过使用比较，该型车刀与采用整体硬质合金刀片焊接的车刀使用寿命相同。但与生产中其它类型的硬质合金车刀比较，在大多数的情况下，该型重型车刀更耐用，可切削切屑的剖面更大。经验证明，在任何条件下，切屑卷出条件均好，切屑以长螺旋型或短螺旋型卷出。当切削深度与进刀量之比不大于3～4时，切屑碰在刀杆后即变成细碎块掉落。

这种带有卷屑装置的新型硬质合金机夹车刀，在车床上及立式车床上切削钢件时使用。剖面为40mm×60mm及40mm×40mm的车刀，若切削余量均匀，其最大的切屑剖面在宽30mm的刀片上为20mm
^{2，在宽25mm的刀片上为15mm^{2。当切削余量不均匀的硬皮时，切屑剖面要缩小30%～40%，当加工过程冲击很大时，不宜采用这种结构的重型车刀。
表从硬质合金刀片的切削刃到垫板的距离(伸出量)mm切削深度
mm进刀量 (mm/r)<0.5<0.8<1.2<65～78～1012～14<107～89～1113～15<15-11～1315～16}}

刃磨该类硬质合金刀片时应注意，把硬质合金刀片放在刀杆槽内，用螺栓和卷屑器的垫板固定住。刀片从刀杆内伸出长度不要超过1～1.5mm。垫板要安置在刀片的前面，安放时，要使切屑能够成螺旋状卷出。从刀片中部测出的距离或伸出量依据切屑剖面的大小而定。伸出量的尺寸，不应小于右表中所列值，否则切屑将猛烈击打卷屑器，会造成车刀的切削部分破裂，甚至把刀杆打断。当切削时，要及时更换磨钝的或破裂的刀片。更换刀片必须把切屑渣从刀杆上清理净。

该型刀具结构优点在于：刀块与刀体间有误差时，可以进行修磨，从而保证装配精度；压紧螺栓位于后刀面上，不容易被切屑损坏。板式刀架比较适合重型切削，因为它极大地增加了刀片受力方向的刚度，在增加切削用量后，也不致产生大振动，有利于生产效率和加工质量的提高。

4 切削用量的选择

重型车削粗加工阶段的切削深度可达到单边50mm，相应的切削速度为10m/min 左右，进给量1.5mm/r。因为粗加工阶段以去除余量为主要加工目的，因此按照机械加工中切削余量的确定原则，为提高切削效率，应加大切削深度。重型切削时由于切削深度大，所以切削力大，相应的选择较低的切削速度，一般为10～15m/min，进给量为1～2mm/r。采用这样的切削用量，工件的表面粗糙度比较差，只能达到Ra12.5～Ra6.3，可以通过滚压的方法提高粗糙度值，以满足后序加工的要求。

5 结束语

重型车削与普通车削相比，其实际加工同理论计算区别很大。目前，重型车削的很多工艺及刀具资料都是以普通机械加工为依据，这并不完全适用，因此需要做更深入的探讨。

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新型重型车削用硬质合金刀具结构

引言

1 刀具材料的选择

2 刀具角度的选择

3 刀具结构的选择

4 切削用量的选择

5 结束语

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