近日，机械工程学部先进刀具高效加工技术与智能装备团队在《Journal of Manufacturing Processes》（国际TOP期刊，中科院工程技术大类一区）上，发表了金属陶瓷刀具二次切削断屑机理方面的研究成果“The effect of secondary cutting on the chip breaking in turning with (Ti,W)C cermet cutting tools”。齐鲁工业大学（山东省科学院）机械工程学部研究生刘越林为文章的第一作者，在山东有荣机床有限公司就业的毕业生刘晓昕为第二作者，衣明东教授为文章的通讯作者。
(Ti,W)C基金属陶瓷因优异的硬度、耐磨性和韧性，其在工程领域得到了广泛的应用，受到研究者们广泛关注。先进刀具高效加工技术与智能装备团队前期研制的刀具具有优异的力学性能，但在切削时容易产生带状切屑以及长螺旋屑，影响加工表面质量，严重时会威胁到操作者的安全。所以研究一种低成本、实用的金属陶瓷刀具断屑技术是必要的。
本研究基于高性能金属陶瓷刀具在加工中心使用时的断屑要求，提出了一种二次切削技术，即在利用(Ti,W)C金属陶瓷刀具进行切削加工的同时，叠加一片硬质合金刀片切断切屑，这样可以在获得良好加工表面完整性的同时实现断屑。本研究利用有限元仿真与实验验证相结合的方法，研究了二次切削刀具离主切削刃距离和刀具厚度对断屑的影响。结果表明：采用二次切削技术，切屑由长螺旋屑转变为了双C型屑。二次切削刀具离主切削刃距离是影响断屑的主要因素，分析原因认为，切屑自由端受到二次切削刀具的反作用力，阻挡了切屑卷曲半径的增大，增加了内部应变，达到了断屑条件。二次切削刀具的厚度也是影响断屑的重要因素，当厚度在临界值1.8 mm时，刀具由阻挡作用转变为切削作用。在切削速度300 m/min、进给量0.142 mm/r和背吃刀量为0.2 mm条件下，二次切削刀具离主切削刃距离为1.5 mm和厚度为1.3 mm时，二次切削断屑效果最佳，切屑形态主要为双C型切屑，切屑长度为7.1 mm±0.3 mm，切屑断裂卷曲半径为1.8 mm±0.1 mm。此时，加工表面粗糙度最低可达到0.98 μm，成功的在获得良好加工表面完整性的同时实现断屑，为团队开发的高性能金属陶瓷刀具在加工中心上的应用奠定了基础。
图1 二次切削刀具结构
(a)无二次切削刀具 (b) H0=4.8 mm (c) H0=1.3 mm
图2 三种工况切削力对比
(a)无二次切削刀具 (b)H0=4.8 mm (c)H0=1.3 mm
图3 三种工况下的表面粗糙度对比
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.05.019
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