硬质合金铰刀对孔的CNC精加工进行高速铰削试验

日期:2018-07-09来源:

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低碳钢是一种硬度低且粘性大的材料,因此其切削性能较差。为了使被加工孔在精加工后表面粗糙度值达到Ra=1.6µm,大多采用高速钢铰刀,并选用低速铰削,用钻、扩及铰3道工序完成孔加工。这样的工艺虽然能满足加工精度的要求,但生产效率低,刀具寿命短。在铰削过程中,在铰刀切削刃前刀面处稍有积屑,就会将孔壁拉毛、刮伤,从而影响孔的表面质量,为了解决常用工艺所产生的上述弊病,采用硬质合金铰刀对孔的精加工进行高速铰削试验,获得了令人满意的效果。

1.硬质合金铰刀

(1)刀具的几何角度。高速钢铰刀与硬质合金铰刀(见附图)的切削原理是不一样的,高速钢铰刀主要依靠切削刃的锋利来获得较低的表面粗糙度值,而硬质合金铰刀主要是依靠挤削获得较低的表面粗糙度值,所以刀具的几何角度也要求与一般高速钢铰刀有所不同。根据切削原理,切削粘而软的低碳钢铰刀,要求切削刃锋利,所以刀具选用正前角和较大的后角。这样能减小切削抗力,但为了增加刀尖强度,不致于轻易崩刃,我们设定刀具前角γ0=3º,刃倾角λs=20º,后角α0=20º,刃带宽ba1=0.5~0.6mm时(铰刀φ20~φ25mm),能得到较好的切削效果。此时,铰削后孔的表面粗糙度值Ra=3.2~1.6µm,且刀具也有较高的寿命。

硬质合金铰刀对孔的精加工进行高速铰削试验

(2)刀具材料的确定。刀片材料对刀具的寿命有直接影响。用YT15、YA6、YW1、YT5及YW2五种不同材质的刀片制成铰刀后进行试验,其效果也各不相同。用YT15材质制造铰刀,加工出的孔表面粗糙度值低,但在切削过程中刃口区易崩落,YT5和YA6材质制成的铰刀,铰削后的表面粗糙度值Ra=3.2~1.6µm,但刀具相对其他刀片材料来说磨损快、寿命低。YW1材料的铰刀,铰削后表面粗糙度值Ra=1.6µm,但由于刀片抗弯强度较低,所以常出现崩刃。YW2制造的铰刀,相对上述各种牌号的铰刀来讲,其在加工低碳钢时,铰孔后表面粗糙度值低(Ra=1.6µm),且刀具寿命高。

(3)刀具结构的改进。为了克服低碳钢硬度软且粘性大的特点,铰刀结构将其头部设计制造成具有一定角度的导向头。这种导向头既能起到刀具在切削时的刃部导向作用,使孔加工获得较好的直线性;又能将残余的切屑向孔的前方推出,不会使切屑排出困难,切屑挤在铰刀的槽内,造成积屑较多拉伤孔壁,破坏孔的表面质量。刀具结构采用了较大的刃倾角,不但可以使铰刀切入平稳,而且切屑能顺利排出,同时为了使切屑有足够的容屑空间,因此刀齿数较标准铰刀要适当减少。

2.加工工艺的改进和切削用量的选择

加工工艺编制合理与否直接影响切削效果,切削低碳钢可将原来的钻、扩及铰3道工序改为钻、铰两道工序。由于硬质合金铰刀铰削时的特性是挤削,所以在铰削前留铰削余量十分重要,余量留的过小起不到铰削作用,余量不够会造成铰削不起来,可能导致孔过大且孔的表面留有一道道钻削痕迹;余量留得过大将使切削抗力增加,并使刀杆产生扭曲变形,同时刀具寿命也会明显降低,甚至产生大量的切屑,拉伤孔的表面。以φ20~φ25mm的铰刀为例,铰削余量一般为0.20~0.25mm较为适宜。

选择合理的切削余量对铰削低碳钢材料孔的质量有很大影响,采用硬质合金铰刀对孔进行低速铰削(vc<5m/min)能获得较低的表面粗糙度值,但切削效率太低;而采用中速切削又容易产生积屑瘤,影响孔表面质量;高速切削较为理想,既能大大提高生产率,同时还能获得良好的加工质量,如果配以合适的切削液,刀具还能提高寿命(以极压切削液为佳)。

试验证明,铰削低碳钢材料时,其切削用量选择为:切削速度vc=50~60m/min,进给量为f=0.5~0.6mm/r最为合适。

硬质合金铰刀对孔的精加工进行高速铰削试验

3.结语

对低碳钢高速铰孔,实践证明只要合理的选择刀具结构、几何角度、刀具材料、切削用量及正确的操作,就可以获得良好的切削效果,不但可以去掉原来的扩孔工序,同时生产效率较用高速钢刀具时提高15~20倍,刀具寿命也有较大提高,孔的尺寸在批量生产中也相对稳定,表面粗糙度值基本可以保证达在Ra=1.6µm。



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