機床刮屑板的應用及失效分析

張立民

(斯凱孚(上海)汽車技術有限公司，上海201814)

機床產生的切屑作為機械加工的主要廢料之一，無論是對社會環境還是機床本身都有很大的影響。當切屑堆積嚴重時，若不及時處理會干擾機床的正常運行，若被機床運動部件“咬入”就會破壞機床零件的光滑表面，影響機床部件的正常運行。

滑枕作為機床與切屑接觸最為頻繁的部件之一，是立式車銑中心等龍門機床的核心部件，它的運行狀況和綜合工作性能將直接影響機床的加工能力和整體性能。

機床導軌刮屑板作為保護機床滑枕正常運動必不可少的重要組成部件，在提高機床滑枕導軌面的刮屑能力和除塵功能方面，發揮著重要的作用。

1 刮屑板在機床中的應用

1.1 切屑的產生機制

機床在完成零件加工過程中不斷產生切屑，切屑的形成過程與金屬的擠壓過程很相似，切屑的形成與切離過程是切削層受到刀具前刀面的擠壓而產生以滑移為主的塑性變形過程。

金屬材料一部分受擠壓時，OB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移，即形成所謂的偏擠壓，如圖1所示。

與偏擠壓情況類似。切削塑性材料時，材料受到刀具作用，開始發生彈性變形→剪切應力增大，達到屈服點→產生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應力與滑移量繼續增大，達到斷裂強度→切屑與母體脫離，如圖2所示。

圖1 偏擠壓簡圖

圖2 切削簡圖

如表1所示，根據切屑形成條件的不同，可以分成相應類型的切屑［1］。

表1 切屑分類

1.2 切屑的危害與刮屑板的應用

就機床本身而言，切削加工過程中產生的切屑如不在正確的時間被阻擋或疏散到合適的處理設備中去，就會對機床的正常運行產生不利影響。

通過安裝機床滑枕刮屑板，可以有效提高機床滑枕導軌面的刮屑、除塵及防護功能。特別能有效阻擋切屑及灰塵進入到機床滑枕的工作空間內部，這對于保護內部嚙合齒輪等零件免受切屑干擾，及防止內部潤滑油由于灰塵侵入而過快老化能起到關鍵的防護作用。

刮屑板在機床中的安裝應用如圖3所示。滑枕8置于回轉滑座1 中，并能在其中滑動運行。蓋板2 固定安裝在回轉滑座1 上，用于壓緊滑枕8 并使其不發生傾覆。當立式車銑中心的滑枕8 沿豎直方向(Z軸)運動時，由于其表面布滿潤滑油，進而會有切屑加工時產生的切屑附著在其外表面，附著的切屑會隨著滑枕8 的上下運動反復不斷地進出回轉滑座1。

圖3 刮屑板在滑枕上的應用簡圖

為避免滑枕8 外表面的潤滑油向下頻繁滴落，接油槽3 通過安裝螺釘4 被固定安裝在回轉滑座1 的底部端面上，接油槽3 和滑枕8 之間由密封條5 進行密封，防止潤滑油的滲漏。

為有效阻止滑枕8 外表面附著的切屑反復進出回轉滑座1，將刮屑板固定安裝于接油盒3 底部。刮屑板由鋁骨架6 和刮舌7 組合而成，刮屑板進行安裝時，需保證刮舌7 與滑枕8 的外表面充分接觸，并有一定的彈性變形，以保證刮屑板與滑枕8 的緊密接觸。上述安裝的刮屑板可以有效阻擋外部的切屑和灰塵對機床內部的入侵。

2 機床刮屑板的設計

2.1 刮屑板形狀的選擇

機床刮屑板具有不同的形狀、尺寸，生產用原材料也是多樣的，在狹小的空間里也能安裝。標準刮屑板的長度通常是每件500～1 000 mm。

刮屑板主要由型材骨架和刮舌構成，如圖3所示。型材骨架可分別采用鋁合金或不銹板型材;刮舌可分別采用高標準聚氨酯、合成橡膠做原料，可獲得卓越的機械性質和良好的化學性能，可持續耐高溫，高達130 ℃(樹酯材料:135 ℃，氟橡膠:215 ℃)最低也能達到90 ℃(橡膠:100 ℃，氟橡膠:200 ℃)。

標準刮屑板是一種斷面形狀尺寸固定的型材，其斷面形狀尺寸無需設計，通常也無需再改變。只有平面拼接狀態需要設計者根據需要自行設計。因此，這種刮屑板實際上只需要畫一個平面拼接圖。通常無需繪制反映斷面形狀尺寸的剖面圖。刮屑板的平面拼接圖可根據不同的導軌橫截面形成直角形、燕尾形、V 型等形狀，并通過改變刮屑板的長度和擺放的位置焊接成刮屑板組合件。幾乎完全密封的狀態，能夠防冷卻液，有較高的穩定性和較強的負荷能力。

2.2 刮屑板的拼接設計

當需要拼接圖4所示刮屑板時，可以有3 種拼接方式，如圖5所示。從圖5 可以看出，只有第二種方式(α2=α/2)，刮舌在接縫處才能等寬吻合，不但沒有拐角及伸長部分的漏點，而且外形美觀。

圖4 刮屑板簡圖

圖5 刮屑板拼接簡圖

3 刮屑板的失效形式分析

刮屑板的失效形式主要分為磨損性失效和破壞性失效兩種類型。

刮屑板的磨損性失效，即刮屑板上主要承擔刮屑和除塵任務的刮舌由于頻繁受到滑枕外表面的往復接觸性摩擦作用，造成刮舌彈性材料的不斷磨損減少，剩余的刮舌材料不足以提供足夠的彈性變形以形成刮屑板與滑枕外表面之間的緊密密封性接觸，進而造成刮屑板的磨損性失效。

導軌板的破壞性失效主要指機床的導軌板工作部件，即刮舌由于受到外部零件(如粗大的切屑)的持久性的頻繁撞擊，造成刮舌局部的撕裂性的破壞，無法完成其與滑枕外表面之間的緊密接觸，從而造成了刮屑板的破壞性失效。

機床刮屑板的磨損性失效是刮屑板最為常見的失效形式。通過采用耐磨性及耐高溫性較好的刮舌材料(如氟橡膠等)可大大提高刮屑板的使用壽命，進而提高機床的工作效率。導軌板的破壞性失效在機床的使用過程中應盡量避免，如通過對機床進行合理的維護，對機床的切削、特別是生產過程中產生的較大的帶狀屑進行及時有效斷屑和清理，可有效阻止帶狀屑卡入刮舌與滑枕表面之間，并避免由此產生的刮舌材料的撕裂性破壞失效。

4 結論

通常情況下，由于機床刮屑板相對于機床的組成部件來說只是非常渺小的零部件。因此，多數情況下刮屑板的失效及分析都未能引起人們的足夠重視，更鮮有見到與此相關的文獻研究。由于刮屑板的成本低廉，操作人員通常會在刮屑板失效后直接將其替換掉。如果可以對機床刮屑板的失效形式和應對策略進行深入的分析，不僅可以提到機床的使用效率，更可以有效降低機床的使用成本和維護成本。

文中對機床刮屑板應用的技術背景和在立式車銑中心機床上的安裝進行了深入、全面的介紹。并對機床刮屑板的組成和設計進行了必要陳述。通過對刮屑板失效形式的分析，提出了切實有效的應對措施和解決途徑。

［1］徐桂蘭.金屬切削加工基礎［M］.成都:西南交通大學出版社.2011.

［2］劉利.標準刮屑板的應用［J］.上海機床，1994(1):48-49.