多功能车刀的试验研究
0 前言
切削是机械加工中很重要的组成部分，汽轮机很多重要零部件如汽封圈、汽封环活塞及轴承等大部分都采用切削。但由于车削方法单一，不同的车削工序需要不同的刀来完成，换刀、装夹辅助时间长，并且在切断切槽过程中夹屑严重、排屑困难。为了提高效率，降低成本，研制了多功能车刀，使其在切槽、切断的同时，能够左右车外圆、车端面，实现一刀多用。
1 多功能车刀结构的确定
多功能车刀的结构是在上压式切断刀的结构基础上改进而来的，它解决了原来的上压式切断刀与靠切削力夹紧的切断刀的缺点。它由刀体、刀片、压板、螺钉等组成，如图1所示。在确定刀体结构时，主要有两个难点需解决，一是刀体材料的确定与刀板的加工，在使用中，要求刀板既薄又要有很好的刚性和强度，二是定位方式的确定，使其既能承受径向力，又能承受较大的轴向力。
1.压板 2.螺钉 3.刀板 4.刀片；5.刀体
图1
1) 刀板的确定
因为多功能车刀是以切槽、切断为主，因此在切削过程中要求刀板首先必须很薄，并且要有很高的强度，因为刀板上装夹刀片处距刀板顶部距离很小，因此容易碎裂，刀片易掉下来，在热处理时要求这一点的硬度较其它处要高。由于它同时又要车外圆与端面，又要求刀板具有较好的刚性和韧性，使车削时刀板能尽量稳定，减少颤动，同时又可产生一个微小变形，但并不折断，经反复试验，刀板材料确定为弹簧钢，硬度HRC43～48。
由于采用了双V型槽圆弧型刀片，要求刀板装夹刀片处也必须是圆弧型的，同时由于刀板是靠弹性力夹紧刀片的，所以要求弹性孔距刀板上壁很近，因此用一般铣床是很难加工出来的。最后经过编程，由线切割机床加工出来。刀板结构如图2所示。
图2 刀板结构示意图2) 刀片定位方式的确定
普通切断刀的定位方式主要有两种：一种是单V型槽定位，这种定位方式可承受较大的径向力，但承受轴向力能力较差，另一种是双V型槽定位，承受径向、轴向力能力都很强。
多功能车刀采用了双V型槽定位，同时由于刀片体积小，为了增大刀片与刀板的接触面积，在刀片的上、下两面都采用了圆弧型，如图3所示，以增强夹紧的可靠性，使其承受轴向力的能力更强。
图3
3) 工作原理
此处以向左车外圆为例来阐述一下多功能车刀的工作原理。如图4所示，车刀在向左进给车外圆时，在进给力的作用下，刀板会产生一个微小变形，从而使刀片顶刃与被加工表面间形成一个副主偏角kr，这样就保证被加工表面不被刀片刮伤，解决了一般切断刀切削刃全面接触工件的问题。
图4
4) 压板结构的确定
如图5所示，压板上有2个弹簧开口和4个螺钉孔，中间的2个螺钉口起着固定刀板的作用，而两边的2个螺钉孔和弹性开口则是为了更换刀片容易而设计的。当更换刀片时，只要松开螺钉1，由于弹性开口的弹性作用可使刀板的前部松开而自由地将刀片取出，更换刀片后再拧紧螺钉1，刀片又可牢牢夹紧，因此这种结构更换刀片非常容易。
图5
2 刀片槽型的确定
在切削过程中，切屑的排出方式和断屑情况对已加工表面质量影响很大，因此需要选择适当的槽型以获得更好的切屑形状，保证车刀的加工精度。目前，国外的各种先进槽型主要有以下几种：以色列ISCAR公司的P型、F型刀片，瑞典SANDVIK公司的T型、U型刀片。这些槽型的共同特点是刀刃的边缘较里面高一些，使切屑变窄变厚，不能刮到已加工表面，从而保证加工表面的精度。
3 多功能车刀的使用
多功能车刀在许多工件上进行了试验，现以加工汽封圈和汽封活塞为例，对其切削用量加以说明，有关数据列于表1。
表1
名称材质直径
mm车外圆vc
m/minf
mm/rap
mm汽封圈15CrMoA-Ⅱ4821650.422汽封活塞2Cr12NiMoWV-Ⅱ2001310.41
在切槽与切断时，因切削轻快，切削速度可比原来提高一倍，表面粗糙度可达Ra3.2以上。
根据不同加工材料，可对刀片表面分别进行TiC、TiN、Al2O3及TiC-TiN复合涂层，使刀片在硬度、耐磨性及抗磨损能力等各方面都有所提高，使多功能车刀的应用范围变宽，使它不仅能应用于难加工材料，也可以在断续切削、吃刀深度不均等不利条件下应用。
4 结 论
·多功能车刀成功地实现了一刀多用，一把刀可以代替普通车刀3～4把，大大节省了装夹时间，提高了生产效率。
·由于采用了先进的槽型，解决了常规切断刀存在的夹屑严重、排屑困难等问题，使表面粗糙度可达Ra3.2以上，提高了刀具的耐用度。
·与普通切断刀相比，它存在着装夹可靠，更换刀片容易的特点。
·由于多功能车刀刀体不大，刀片较小，因此它适用于一些中小件加工和小型机床，具有一定的局限性，并且在横向切削时不能大量进给，这个问题还有待解决。
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