Projektując łamacz wiórów do narzędzi tokarskich, należy przede wszystkim wziąć pod uwagę charakterystykę zwijania się i łamania wiórów. Te dwa elementy zostaną szczegółowo omówione poniżej.

Kierunek spływu wiórów i kąt spływu wiórów φλ

Kierunek spływu wiórów ma istotny wpływ na zwijanie się i łamanie wiórów, a kąt pomiędzy kierunkiem spływu a płaszczyzną głównej krawędzi skrawającej nazywany jest kątem spływu wiórów φλ, jak pokazano na rysunku 1. W przypadku swobodnego skrawania ortogonalnego wióry wypływają w kierunku pionowym do krawędzi skrawającej, a kąt spływu wiórów φλ wynosi w przybliżeniu 0. W przypadku swobodnego skrawania ukośnego (np. przy użyciu nachylonych narzędzi do strugania o szerokiej krawędzi skrawającej), kąt spływu wiórów jest w przybliżeniu równy kątowi natarcia (φλ = λse ). Jednak w przypadku ogólnego skrawania ma na to wpływ nie tylko główna krawędź skrawająca, ale także dodatkowa krawędź skrawająca. Podsumowując, zasada jest taka, że wióry powinny wypływać w kierunku minimalizującym zużycie energii. Jeżeli kierunek rowka łamacza wiórów nie pokrywa się z kierunkiem przepływu wiórów, może to mieć wpływ na skuteczność łamania wiórów.

Rysunek 1 Wpływ kąta spływu wiórów (φλ) na zwijanie się wiórów

Zwijanie chipów

Podczas przepływu wiórów wióry zwijają się, a kierunek i zwijanie się wiórów decyduje o ich kształcie. Gdy wióry zwijają się jedynie w górę, wzdłuż kierunku grubości wióra, oś zwijania wióra jest równoległa do dolnej powierzchni wióra, a kąt pomiędzy nimi wynosi θ = 0°. Przy różnych kątach przepływu wiórów φλ powstają różne kształty wiórów.

Jak pokazano na rysunku 1, gdy φλ = 0°, a wióry nie mają przepływu bocznego, powstają wióry płaskie, spiralne (wióry przypominające cewkę). Gdy φλ ≠ 0°, wióry zwijają się w górę, a także poruszają się wzdłuż swojej osi zwijania, tworząc ruch spiralny wiórów. Gdy φλ jest stosunkowo duże i odległość, na jaką przemieszcza się wiór podczas jednego obrotu, jest większa lub równa nominalnej szerokości warstwy skrawanej, powstają wióry rurowe, spiralne. Jeśli φλ jest stosunkowo małe, a wiór przemieszcza się na mniejszą odległość wzdłuż osi zawijania, bardziej prawdopodobne jest, że utworzą się stożkowe wióry spiralne (wióry w kształcie wieży).

Gdy wióry są zwijane jedynie w bok (na boki) i nie są zawijane do góry, oś zwijania wiórów jest prostopadła do dolnej powierzchni wióra (θ = 90°), tworząc spiralne wióry w kształcie podkładki.

Gdy wióry zwijają się zarówno do góry, jak i na boki, a kąt spływu wiórów φλ nie jest zerowy, mogą powstawać wióry spiralne pierścieniowe lub stożkowe, w zależności od wartości różnych parametrów. Promień krzywizny rDX wiórów zawijających się do góry jest powiązany z parametrami rowka łamacza wiórów. Biorąc za przykład łukowy rowek łamacza wióra o linii prostej, gdy dolna powierzchnia wióra styka się z występem rowka łamacza wióra, jak pokazano na rysunku 2. Średni promień krzywizny rDX, przy którym wióry zwijają się w rowku łamacza wióra, może obliczać na podstawie zależności geometrycznych:

W formule

Wn – szerokość rowka łamacza wióra (mm);

hn – głębokość rowka łamacza wióra (mm);

hDX – Grubość wióra (mm);

lf – długość wióra stykającego się z poprzednią powierzchnią podczas skrawania stali, lf ≈ hDX (mm).

Rysunek 2 Wpływ rowka wiórowego na zwijanie się wiórów

 

Kształty i parametry rowków wiórowych

Kształt rowka wiórowego

Rowek łamacza wióra w tokarce spawalniczej jest szlifowany podczas ostrzenia narzędzia, natomiast w przypadku narzędzi tokarskich wymiennych jest bezpośrednio prasowany i formowany podczas produkcji ostrza.

Klasyfikacja kształtów rowków wiórowych na podstawie przekroju

Liniowo-kołowy rowek łamacza wióra: Ten typ przekroju składa się zarówno z łuków prostych, jak i ogólnych. Przednią część narzędzia tokarskiego tworzy płaski przekrój zbliżony do krawędzi skrawającej, a podstawowe parametry rowka łamacza wiórów to: szerokość Wn = 10,7)Wn, kąt klina βo ≤ 40, ujemna szerokość natarcia bn ≤ fo. Rn i Wn to główne czynniki wpływające na powstawanie wiórów, przy czym wielkość Rn bezpośrednio wpływa na promień krzywizny wióra.

Rysunek 3 – Podstawowy przekrój rowka wiórowego

Wielokątny rowek łamacza wióra: Jest utworzony przez przecięcie dwóch prostych odcinków. Kąt dolny rowka θ zastępuje rolę wspomnianego wyżej promienia łuku Rn. W przypadku wybrania małej wartości promień krzywizny wióra jest mały. Jeśli θ jest zbyt małe, może to spowodować zablokowanie wióra w rowku, co prowadzi do upakowania wiórów. Jeśli θ jest zbyt duże, może zwiększyć promień krzywizny wióra i zmniejszyć ryzyko jego złamania. Ogólnie zaleca się, aby kąt rowka wynosił od 110° do 120°.

Rowek łamacza wióra w kształcie pełnego łuku: Przy tych samych warunkach kąta czołowego i szerokości rowka, rowek łamacza wióra w kształcie pełnego łuku charakteryzuje się większą wytrzymałością krawędzi skrawającej. Dlatego nadaje się do większych narzędzi tokarskich i narzędzi tokarskich o większym kącie przednim. Istnieje następująca przybliżona zależność pomiędzy szerokością rowka Wn, promieniem łuku Rn i kątem czołowym γo:

Klasyfikacja według kąta nachylenia rowka wiórowego

Kąt nachylenia rowka łamacza wiórów to kąt, pod jakim rowek łamacza wiórów jest nachylony względem głównej krawędzi skrawającej. Istnieją trzy formy, jak pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4 – Typowe kąty nachylenia rowka wiórowego

Kształt A: ten kształt rowka obejmuje otwarty półrowek o równej szerokości i głębokości z przodu i z tyłu, znany jako styl równoległy. Ten kształt rowka pozwala uzyskać dobre efekty łamania wiórów w szerokim zakresie zmian posuwu. Jednakże w przypadku płytek narzędziowych o określonej szerokości rowka ich zakres łamania wiórów jest stosunkowo wąski, a szerokość rowka należy ustalać na podstawie prędkości posuwu.

Kształt Y: Charakteryzuje się otwartym półrowkiem z szerszym przodem i węższym tyłem, znanym również jako styl zewnętrzny pochylony. W tym kształcie rowka punkt A charakteryzuje się dużą prędkością skrawania, wąską szerokością rowka i małą głębokością rowka. Wióry mają w tym miejscu tendencję do zwijania się, z małym promieniem zwijania. W punkcie B zwijanie się wiórów jest powolne, rowek jest głęboki, a dno rowka tworzy ujemny kąt natarcia, co ułatwia kontakt wiórów z powierzchnią przedmiotu obrabianego i tworzenie wiórów w kształcie łuku. Ten kształt rowka jest odpowiedni dla umiarkowanych prędkości posuwu wstecznego (ap), gdzie łamanie wiórów jest stabilne i niezawodne. Jednakże, gdy ap jest duże, znaczna różnica w promieniu skręcenia pomiędzy punktami A i B może prowadzić do zatykania wiórów.

Kształt K: Ten kształt rowka charakteryzuje się wąskim przednim i szerszym otwartym półrowkiem z tyłu, znanym również jako styl wewnętrzny pochylony. W przeciwieństwie do kształtu Y, punkt B w tym rowku ma węższą szerokość i mniejszą głębokość, a dno rowka ma dodatni kąt natarcia, co powoduje, że wióry łatwo odchodzą od przedmiotu obrabianego i tworzą spiralne wióry rurowe lub pierścieniowe. Jego zakres łamania wiórów jest stosunkowo wąski i nadaje się głównie do zastosowań przy małych objętościach skrawania, wykańczaniu, półwykańczaniu i prowadzeniu spływu wiórów z otworów podczas obróbki otworów.

Dobór parametrów rowka wiórowego

(1) Podczas skrawania stali średniowęglowej z umiarkowanymi posuwami wstecznymi i posuwami (ap = 10,6 mm/obr.) przy użyciu narzędzi tokarskich z węglika spiekanego, aby uzyskać wióry w kształcie litery C, zaleca się stosowanie prostego łuku kołowego rowek łamacza wióra.

W przypadku małych posuwów wstecznych (ap < 1 mm) zalecany rowek łamacza wiórów wspomniany powyżej może nie łamać wiórów łatwo. Ze względu na szerokość rowka łamacza wiórów, wióry pod działaniem łuku wierzchołkowego narzędzia i pomocniczej krawędzi skrawającej mogą przemieszczać się w kierunku pierwotnej krawędzi skrawającej w pobliżu wierzchołka narzędzia, nie przechodząc przez dno rowka, nie powodując w ten sposób dodatkowego odkształcenia zawijającego . Jak pokazano na rysunku 5, można zastosować rowek łamacza wióra w kształcie litery D, szlifowany pod kątem 45° lub wybrać prosty rowek łamacza wióra w kształcie łuku kołowego w kształcie litery A. Gdy f = 0,1 mm/r, można przyjąć Wn = 3f, hn = f, Rn = f/2.

W przypadku dużych posuwów wstecznych i posuwów (ap > 10 mm, f = 0,6~1,2 mm/r), ze względu na szerokie i grube wióry, utworzenie wióra w kształcie litery C może łatwo uszkodzić krawędź skrawającą i spowodować rozpryskiwanie wiórów, co może być niebezpieczne. Zazwyczaj stosuje się rowek z łamaczem wiórów w kształcie pełnego łuku kołowego, o zwiększonym promieniu Rn i zmniejszonej głębokości rowka.

Rys.5 Rowek pod kątem 45 stopni o małej głębokości skrawania i zasięgu wiórów

Ze względu na znaczne odkształcenie wiórów ze stali niskowęglowej, grubość wióra hDX jest w tych samych warunkach grubsza niż w przypadku stali średniowęglowej, co ułatwia łamanie wiórów. Praktyka skrawania pokazała, że przy zastosowaniu tych samych parametrów rowka łamacza wióra zakres wiórów dla stali niskowęglowej jest szerszy niż dla stali średniowęglowej. Dlatego przy skrawaniu stali niskowęglowej można stosować takie same parametry rowka łamacza wióra, jak przy skrawaniu stali średniowęglowej.

(2) Podczas skrawania stali stopowych, takich jak 18CrMnTi, 38CrMoAl, 38CrSi itp., ogólnie zaleca się stosowanie zewnętrznego, skośnego rowka łamacza wióra. Szerokość rowka Wn i promień łuku Rn należy odpowiednio zmniejszyć, aby ułatwić odkształcanie wiórów ze względu na zwiększoną wytrzymałość i udarność stali stopowej, dzięki czemu łamanie wiórów będzie skuteczniejsze.

Podczas skrawania metali często występują materiały szczególnie trudne do wykrawania, takie jak stopy wysokotemperaturowe, stal o wysokiej wytrzymałości, stal trudnościeralna, stal nierdzewna i metale nieżelazne, takie jak czysta miedź, miedź beztlenowa i czyste żelazo.

Jak pokazano na rysunku 6, kąt fazowania o podwójnej krawędzi można zastosować w połączeniu z typowym zewnętrznym skośnym rowkiem łamacza wiórów. Szerokość rowka Wn jest zwykle ustawiana w zakresie od 3,5 do 5 mm, zewnętrzny kąt skośny τ wynosi od 6° do 8°, kąt fazowania pierwszej krawędzi λs1 wynosi -3°, kąt fazowania drugiej krawędzi λs2 wynosi od -20° do -25 °, a długość Lλs2 wynosi ap/3. Optymalne parametry skrawania to: ap=40,35mm/r oraz vc=80~100m/min. To narzędzie ma doskonałą wytrzymałość końcówki, duży promień zawijania wiórów i zazwyczaj wytwarza stożkowe wióry spiralne lub krótkie spiralne wióry w kształcie rurki. Jednakże generuje ono w przypadku 20% do 30% wyższe siły promieniowe w porównaniu z jednoostrzowymi narzędziami kątowymi do fazowania i nie powinno być stosowane, gdy sztywność układu obróbkowego jest niska.

Rysunek 6 Obustronna, kątowa krawędź skrawająca