切割工件的选择及刀具使用技巧

1.切断工作中使用的新型切断刀

切断刀的基本形式如图2-104所示。切削低碳钢一类软质工件时，前角取20°～30°，切断铸铁和中碳钢一类较硬工件时，前角一般取0°～10°。

大批量加工中为了提高效率，或对特种材料进行切断时，常对切断刀的结构形式进行改进。

图2-104 切断刀的基本形式

a）硬质合金切断刀 b）高速钢切断刀 c）主要角度

（1）强力切断刀

1）人字形高速强力切断刀 图2-105所示为人字形高速强力切断刀，适用于淬硬工件的切断加工。硬质合金刀片焊接在刀杆上，刀头几何参数见表2-6。

图2-105 人字形高速强力切断刀

表2-6 人字形高速强力切断刀几何参数

人字形高速强力切断刀增加了散热面积，改善了散热条件，从而散发了集中在刀尖上的切削热，并且切屑沿两副前面流出，有利于排屑。

该切断刀可提高切削效率，切削速度v_c达160～250m/min，进给量可达0.3～0.45mm/r。它解决了刀具的锋锐与强固的矛盾，由于刀尖角为50°～70°，并带小尺寸圆弧，可利用副切削刃和主切削刃先后切削来分散切削力，且尖角形刀尖和主、副切削刃构成了切削刃的锋锐，负刃倾角可使刀具强固。

图2-106所示是大刀尖角人字形切断刀，其前角γ_o=5°，后角α_o=α₁=6°～8°，刀尖角ε=120°～140°的对称角度。这种大刀尖角可以保证切屑顺利离开已加工的表面，并且向车刀中心折断而飞出。

用这种车刀加工45钢时，采用YT15硬质合金刀片，切削速度v_c=300m/min，进给量f=0.3mm/r以上。使用时，应把握好以下几点：

①刃磨时要保证刀尖角对称，以免偏侧受力不均匀，使车刀切削中产生偏移而影响加工质量。

②断屑台a、b的尺寸根据进给量的大小来决定，进给量大，b也大；加工45钢，v_c=132m/min，f=0.3mm/r，a=1～1.5mm，b=4mm，断屑情况良好。

图2-106 大刀尖角人字形切断刀

③切削速度大，断屑容易（但切削到工件心部可能不断屑）；进给量过小容易发生振动，所以进给量还是选择稍大些。因此，要求车床和工件有足够的刚性。

④安装该车刀时，刀尖要高于工件中心1mm左右。

图2-107所示为双凹槽人字形切断刀，它采用双凹槽，主切削刃前面有五段折线，均为负倒棱形式（-15°×0.2mm），加长了有效切削刃长度，提高了刀尖的强度。它的前面为双卷屑槽曲面形，前槽的主要作用是增大前角，后槽起卷屑作用，后面按110°和140°双重刃磨。

图2-107 双凹槽人字形切断刀

使用中采用的主轴转速n=1200r/min，进给量f=0.4～0.5mm/r，切断宽度为5mm。适合在CA6140型卧式车床上使用。

2）凸台切削刃强力切断刀。如图2-108所示，这种车刀在主切削刃中间有刃宽为刀头宽度的1/3、高为0.5～1mm的凸台部分，它在切削加工时能缩小切屑宽度，使切屑顺利排出，并且在接近工件切断时，可减少冲击及切削力，故不易打刀，提高了车刀寿命。它采用前角为10°的圆弧形前刀面，可减小切屑变形，使切削轻快。

图2-108 凸台式切断刀

切断时采用的车削用量为：切削速度v_c=50m/min，进给量f=0.2～0.4mm/r。

3）机夹强力切断刀。该切断刀是根据杠杆原理将刀头夹紧的。如图2-109所示，拧紧顶丝8使杠杆3绕销轴4转动，压紧硬质合金刀头1。当切削刃磨损或损坏需要更换刀头时，松开顶丝8，取下刀头1，经修磨后，通过调整丝杠9和止动螺母7使刀板6向前移动，放好刀头1并压紧后再刃磨几何角度，即继续使用。

图2-109 机夹强力切断刀

1—刀头 2—刀体 3—杠杆 4—销轴 5—螺母 6—刀板 7—止动螺母 8—顶丝 9—丝杠

切削过程中，为了防止刀头1和刀板6在切削力的作用下产生振动或弯曲，因而在刀板下面设计了R40mm的加强肋，增加了刀体强度。由于杠杆3前部的挡屑作用，切屑从与操作者相反的方向排出并断裂。

切断刀刀头的几何形状如图2-110所示。前角取0°，主切削刃磨有0.2×（-3°～-5°）的副倒棱，增加了切削刃强度。后角α_o取5°，刀尖角磨成130°夹角，副偏角κ′_r取1°～1.5°，可减小副切削刃与工件两侧面的摩擦，避免夹刀。副后角α′_o取1.5°，以减小副后面与工件的摩擦。此外，刀头刃磨后，将底部磨成120°，放在座板的120°槽内，旋紧顶丝使杠杆压紧刀头。

（2）装配式切断刀

1）刀夹式切断刀。刀夹式切断刀如图2-111所示，刀夹和切断刀均为45钢，在刀夹上开切口槽，侧面做成45°燕尾槽。当拧紧刀架螺钉时，刀夹就卡紧了。在切断刀刀头部焊有硬质合金刀头。这种刀具可切制不同直径的棒料，其切口较窄，而且可提高加工效率。该切断刀的刀夹也可夹持相同高度和厚度的高速钢切断刀片。

图2-110 机夹强力切断刀刀头形状

图2-111 刀夹式切断刀（一）

1—刀夹 2—切断刀 3—刀片

图2-112所示是刀夹式切断刀的又一种结构形式。刀夹带有弹性，可使用65Mn钢制造，淬硬至50HRC。将硬质合金刀片焊在切断刀的上下两端，刃磨后插入弹性刀夹的槽中。拧紧刀架上的两只螺钉，使弹性刀夹将切断刀夹紧。

图2-113所示的刀夹式切断刀是将切断刀做成上下带角度的菱形，卡在刀夹内，这样，提高了切削中的稳定性。

以上几种刀夹形式不适合切割较大尺寸的工件，否则，容易引起刀夹变形或切削不稳定。

图2-112 刀夹式切断刀（二）

1—刀夹 2—切断刀 3—刀片

图2-113 刀夹式切断刀（三）

图2-114所示的刀夹可避免这种不良情况，它由形状完全相同的上刀夹体和下刀夹体组成，上下两刀夹体沿其斜面配合，便形成了一个长方形的通孔，用螺钉压紧时，这两个刀夹体就向一起合拢，并夹紧装在里面的刀具。刀夹体内的刀具是沿垂直面夹紧的，这就可利用刀夹体来夹紧任意厚度的切断刀或多个车刀片。

2）螺钉锁紧式切断刀。如图2-115所示，切断刀从刀夹槽中穿过（两者配合间隙一般应小于0.1mm），通过三个内六角螺钉将切断刀紧固。将切断刀安装在刀架上即可进行切断工作。

图2-114 上下两刀夹体组成的切断刀

图2-115 螺钉锁紧式切断刀

1—切断刀 2—刀夹 3—内六角螺钉

图2-116所示为又一种形式的螺钉锁紧式切断刀，该切断刀的工作原理和使用方法都与前面相同。它在刀架上所受的力矩较小，所以在加工中能承受较大的冲击载荷。

图2-116所示切断刀适用于切断直径小于60mm的工件，当工件直径为60～120mm时，可使用图2-117所示的反向切断刀。

图2-116 螺钉锁紧式反向切断刀

1—切断刀 2—刀垫 3—刀杆

图2-117 主轴反转切断工件

在切断时，将其刀尖朝下，主轴反转，可获得很好的加工效果。

3）机夹式切断刀。由于焊接结构切断刀的刀头既长又窄，刀片支承面积小，散热条件差等，因而刀头弹性大、刚性差，这在切削过程中难于避免产生振动、打刀式脱焊等现象，再加上焊后的刀具有时未经保温消除应力的工序处理，加工中刀片龟裂现象不可避免，机夹式切断刀就是针对这些不足而出现的。

机夹式切断刀如图2-118所示，由刀体、弹性压板、切断刀、刀片和螺钉组成。其结构形式多种多样，如图2-119所示。

图2-118 机夹式切断刀

a）外形和组成 b）在刀架上安装

1—刀片 2—弹性压板 3—刀体 4—切断刀 5—螺钉

图2-119 不同结构的机夹式切断刀

a）、b）上压板夹紧式 c）杠杆夹紧式 d）弹性槽夹紧式 e）楔块夹紧式 f）、g）自紧力夹紧式

切断刀在工作时，作用在切削刃上的主要有两个力，即切削力F_c和背向力F_p，如图2-120所示，它们的合力F是切削阻力，一般F_p=（0.3～0.5）F_p，因此切断刀工作时，切削刃上所受到的切削阻力方向通常是在与切削平面成17°～27°的范围内，即图中所示的φ角。一般切断刀工作时，切削刃上切削阻力方向总能保持在α＜φ＜δ的条件下，将刀片推向刀体，不存在使刀片发生向上或向下翻动的倾向，这就给机夹式切断刀的制作提供了有利条件，因此，该切断刀的刀垫片做成与水平面成15°～17°方向安置，这个角度也是切断刀较通用的工作前角。这样可使刀片的前面刃磨更为方便，也能避免采用平置刀垫片时在刀片前角磨制后，会减小刀片截面面积的弊病。

实际操作中所遇到的情况往往很复杂，如切断刀刚切入工件的瞬间，被切工件切口刚度的逐渐减弱、切削速度逐渐由高到低的变化、刀具装夹高度误差而引起实际工作后角和前角的变化、切屑收缩系数逐渐增大等，所以，设计该刀具时要充分考虑刀片在整个刀体构件上的相对稳固性，同时，要注意保证各组件的精度和装配精度。(www.xing528.com)

图2-120 机夹式切断刀夹紧原理

4）滚割切断刀。滚割切断刀如图2-121所示，主要用于薄壁管件的切断工作。割轮用Cr12MoV或W18Cr4V材料制作，淬火硬度分别为58HRC和62HRC。割轮与销轴的配合为H8/f7，而刀体销孔与销轴的配合为H7/h6，刀体轮槽内侧与割轮两端间隙在0.05～0.12mm之间。滚割切断刀也可用废旧铣刀改制，如图2-122所示，先将用钝了的刀齿磨去，然后按其内孔配一轴衬，并有一端面用螺母压紧，便会起到与割轮同样的使用效果。

图2-121 滚割切断刀

1—割轮 2—销轴 3—刀体

图2-122 用废旧铣刀改制的滚割切断刀

1—割轮 2—销轴 3—轴衬 4—刀体

使用时，将刀体安装在刀架上，使割轮的径向中心断面与主轴轴线垂直。当薄壁管件旋转（管件转速v_c选18～25m/min），割轮与管件接触时，在一定摩擦力的作用下，割轮也随之转动，从而在逐渐进给中（进给量f可选0.25～0.8mm/r）对管件进行切割。

在相同切削条件下，割轮切削刃的切割作用和割轮侧面的推挤作用将随割轮的楔角β（图2-121）的变化而变化。当割轮的楔角较小时，割刀较锋利，而推挤作用则相应减弱。但是，割刀过于锋利会使割轮不耐用，易磨损；反之，割轮楔角β趋大，割刀虽然不显得单薄了，但推挤力会增大，切割作用势必相应减小，使切削阻力增加，割轮不易切入工件。因此，对于一般强度和硬度较低而塑性较大的软金属管件，割轮的楔角可取28°～35°，对于强度和硬度较大的中硬材质的管件，则应适当增大楔角，宜取36°～42°。楔角的形式应根据管件的工艺要求或需要而定，可为双楔角也可为单楔角（可通过对刀面的修磨来实现）。另外，割轮尖端应磨有适当的圆角，刃口圆角半径r一般可在0.04～0.08mm之间选取。

使用该滚割切断刀切断较长尺寸的管件时，应在适当位置处安装中心架支承，以免工件线速度和离心力较大，导致管件偏离而发生危险。

2.管件的切断

图2-123 滚割切断刀切断管件

1—挡铁 2—限位块 3—心轴 4—滚割切断刀 5—轴承托架（定距支架） 6—管件 7—安全套筒 8—支架

（1）使用滚割切断刀切断管件 图2-123所示为使用滚割切断刀高效低速不停机切断管件的情况，这种方法在大批量加工时比较适用。在车床自定心卡盘上安装心轴3，滚割切断刀4装在心轴3上。切断时，车床主轴以8～10m/min的速度旋转，操作者用右手将管件6向左推，使之与挡铁1接触，通过轴承托架5进行长度定位后，左手转动中滑板手柄，使中滑板向前移动，并带动安全套筒7推动滚割切断刀4而形成相对的滚切运动。当滚割切断刀4向前移动稍超过管件孔壁时，中滑板的顶端将接触溜板上的限位块2，从而保证了滚割切断刀4与轴承托架5上的轴承不碰撞。若反方向转动中滑板手柄，刀架便退回原位，这样不断重复进行实现不停机切断。

管端的角度，如焊接坡口及管细螺纹端部的倒角，可以通过刃磨滚割切断刀角度来保证。切断刀可使用旧的锯片铣刀改磨而成。

该切断方法的滚切结构如图2-124所示。

图2-124 滚切结构示意图

1—托架主体 2—滚针轴承 3—销轴 4—管件 5—滚割切断刀 6—压紧螺母 7—心轴

图2-125所示是将该切断装置改为自动切断的情况。将中滑板上与丝杠配合的螺母取下，靠模定位支架11上的滚轮借助于拉簧5的拉力压向心轴上的凸轮3。自定心卡盘2带动心轴上的凸轮3和滚割切断刀4旋转，凸轮3使中滑板上的刀架9产生随动，以实现进刀、退刀的目的，旋转一周就切断一个工件。这种方法只需用左手反复地进行长度定位即可，省去了左手进刀或退刀的动作。

图2-125 自动切割管件装置

1—床身 2—自定心卡盘 3—凸轮 4—滚割切断刀 5—拉簧 6—尾座 7—安全套管 8—管件 9—刀架 10—轴承托架 11—靠模定位支架

（2）切断大直径棒料 图2-126所示的切断刀由双面焊有硬质合金刀片的刀板、弧形架刀杆、夹固螺栓、螺母等组成。刀板装在弧形架刀杆的开口槽内，分别通过螺栓穿入弧形架和刀板上的定位孔，将其紧固后即可使用。刀板厚度可减小到7mm，并且在刀板的正面和两侧面都要磨出后角α_o（6°～8°）。由于在刀板的两面焊有刀片，所以，用钝一面后可换到另一面继续切割。

图2-126 大直径工件切断刀

这种大直径工件切断刀在切削中的刚性好，可抗振，能切到工件的轴线位置，并且，切割刃口较窄，材料损耗少。

切断大直径工件时，若使用图2-127a所示的普通结构的高速钢车刀，由于其切断刀伸出较长，力矩大，刀具和刀架的刚性差，所以容易引起振动或刀具变形，造成加工不稳定。为了改变加工条件，可按图2-127b所示的方法在车刀下面加上1～2个支承，支承的大小根据车刀宽度而定。由于被切削工件直径较大，所以，切断车刀也应比较宽。

安装这种车刀时，刀尖要与工件中心等高，车刀伸出越短越好。

图2-127 高速钢车刀切断大直径工件

a）高速钢车刀 b）车刀下面加支承

（3）管件切断封口方法 把管件切断再把口封住，是车床加工中的一个特殊工艺，它有以下两种加工形式。

1）切断和封口同时进行。其操作方法如下：

①封口车刀及其车削用量。切断封口车刀材料为高速钢W18Cr4V，其几何形状如图2-128所示，它由一直线切削刃和一曲线切削刃组成，直线切削刃担任切断工作，曲线切削刃在切断的同时，还能完成封口工作。

图2-128 切断和封口车刀

切断和封口的切削用量为：主轴转速n=600r/min以上；进给量f=0.5mm/r。

②铜管切断封口操作方法。铜管切断和封口如图2-129所示，图2-129a所示的是切断快完成时的情况，图2-129b所示是封口快完成时的情况。由于曲线切削刃的后角很小（α_o=2°），在高的转速下，车刀后面与工件端面摩擦而产生高温，会使纯铜管接近软化。所以，当右端已封口的工件切下，车刀继续横向进给时，就逐渐将剩下的锥形部分挤入孔内，完成封口工作。只要转速和进给量选择适当，封口的厚度会很均匀，并可达到技术要求。

这种办法能将两个工序合在一起进行，适于加工直径较小的纯铜管和铝管时使用。

2）切断和封口分开进行。对直径不超过30mm的钢管、铜管、铝管进行封口时都可采用这种方法。

图2-129 铜管切断和封口

a）切断快完成 b）封口快完成

图2-130a所示是将管件切断后，再将端面车平；图2-130b所示是使用封口车刀进行封口的情况。封口时，车床主轴转速可取1500r/min（封口时，管件转速越高越有利），当封口车刀与管件端面接触后，两者发生激烈的摩擦，产生大量热，摩擦处温度升高会使金属近于熔化状态，这时，借助车刀的压力便可使管口封口；图2-130c所示是封口完毕的情况，它的封口厚度不小于管壁厚度。

图2-130 车床上封口加工

a）管件切断后平端面 b）初步封口 c）封口完成

封口车刀如图2-131所示，它的刀尖可以车外圆，弧形切削刃部分在封口时使用，其切削刃处的光洁性要好。

这种封口方法，对于直径为12mm的管件，在15～30s内即可完成封口加工，并且不影响金属强度。被封口工件的管壁不宜太薄，否则会出现密封不严的现象。

图2-131 封口车刀

3.控制切断长度的简便方法

在车床上控制切断长度时，一般是用手拿着金属直尺进行测量，这样做既不容易保证长度一致，也很费时间。大批量加工时，可采用以下几种方法去控制长度。

（1）利用金属直尺装置控制切断长度 如图2-132所示，用螺钉将金属直尺固到在支承的一端上，在支承另一端固定一个销杆，将销杆安装在夹头内，夹头插入尾座锥孔中。使金属直尺的伸出长度等于工件的切断长度。当销杆左端接触到工件端面后，使切断刀也对正金属直尺的左端，然后退出尾座上的销杆，切断刀向前进给，将工件截断。

图2-132 利用金属直尺控制切断长度

1—切刀 2—工件 3—销杆 4—销杆柄 5—钢直尺 6—夹头

（2）利用挡片控制切断长度 如图2-133所示，使用刀架上的螺钉将一个厚度为1～2mm、宽度为20mm的铁板挡片压紧。挡片中心对正工件中心，并使切削刃至挡片间距离A₁等于被加工工件尺寸A₂，即A₁=A₂。加工时，先车削尺寸A₂，当挡片端面与工件端面相接触时，溜板立即停止纵向进给，然后将刀架转过90°，车削尺寸A₂，同样，当挡片端面与工件端面接触后，即可进行切断。

（3）利用挡杆控制切断长度 图2-134所示是利用挡杆控制切断长度的情况。在刀架上安装一个定位杆，定位杆上再用螺钉紧固一个调整杆，按照切断长度定好调整杆的伸出长度，当调整杆尖端接触工件端面时，即可进行切割。

图2-133 利用挡片控制切断长度

图2-134 利用挡杆控制切断长度

1—工件 2—切断刀 3—刀架 4—调整杆 5—螺钉 6—定位杆

图2-135所示是在调整杆的左端加装上一个滚动轴承，当轴承接触到工件端面时，即可进行切割。

前面介绍的是两种切断短料时的控制装置，若工件从卡盘上伸出的尺寸较长，可使用图2-136所示的带支承形式的挡杆装置。在中滑板前端安装一个支架，将支承装在支架内。支承上和工件接触的一端装有滑套，滑套孔跟工件外径是松动配合，工件穿进孔中可灵活转动。这样，通过调整杆定好被切割长度后，每切割一段，支承向左移动一段距离，即可切第二段，非常方便。

图2-135 利用轴承式挡杆控制切断长度

1—工件 2—切断刀 3—刀架 4—轴承 5—定位杆 6—螺钉 7—调整杆

图2-136 切断长料时的控制长度装置

1—工件 2—支承 3—支架 4—螺钉 5—调整杆