提高鑄鐵缸體cbn刀片壽命

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1、提高鑄鐵缸體CBN刀片壽命　　【摘要】本文在銑削原理應(yīng)用的上，通過(guò)優(yōu)化銑削加工路徑、加工參數(shù)以及改變切削環(huán)境和增加工修光刃的四種方式，解決了CBN刀片壽命過(guò)低問(wèn)題。【關(guān)鍵詞】銑削；CBN；壽命；加工參數(shù)1、引言隨著我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展，我們對(duì)工件的表面質(zhì)量及加工效率的要求也越來(lái)越高，與此同時(shí)我們對(duì)新技術(shù)、新工藝的要求也越來(lái)越迫切，而CBN刀具以其優(yōu)異物理和化學(xué)性能被廣泛應(yīng)用，有效的填補(bǔ)了這項(xiàng)空白。CBN（立方氮化硼）這種硬度僅次于金剛石的第二種超硬材料，具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于鋼制品的切削加工，完全能夠勝任淬硬鋼、高速鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料的切削加工，是目前實(shí)現(xiàn)“

2、以切代磨”的最佳刀具之一，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有發(fā)展前途的刀具材料之一。股份公司缸體加工車(chē)間在精加工缸體頂面和缸孔過(guò)程中正在采用CBN材料的刀具，在保證質(zhì)量和效率的前提下，我們希望它的加工成本最低。而實(shí)際上缸體頂面采用CBN刀片精加工時(shí)，刀具壽命僅為40-50件/刃，單件成本過(guò)高，難以接受。2、加工工藝分析與改進(jìn)62.1問(wèn)題描述缸體頂面精加工為面銑精加工工序，其中缸體材料為HT250，硬度為HRB86-102，表面粗糙度度Ra0.8，整體加工工況并不是很惡劣，但CBN刀片切削刃時(shí)常出現(xiàn)異常磨損，加工后CBN刀具的磨損形式如圖1所示，為有效解決此問(wèn)題，后續(xù)我們將進(jìn)行詳細(xì)的分析與

3、論證。2.2銑削過(guò)程分析與優(yōu)化銑削即銑刀旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，工件或銑刀作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的切削加工方法。銑削主要通過(guò)旋轉(zhuǎn)的多切削刃刀具，沿著工件在幾乎任何方向上執(zhí)行可編程的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而完成金屬切削。銑削過(guò)程中的刀片異常破損與銑削方向、刀具的直徑和與工件的相對(duì)位置有著密切關(guān)系。2.2.1銑削方向銑削按方向來(lái)分，可分為順銑和逆銑兩種情況，順銑即指工件的進(jìn)給方向與切削區(qū)域的銑刀旋轉(zhuǎn)方向相同。順銑產(chǎn)生切屑相對(duì)于一個(gè)刀片而言，入口時(shí)切屑厚度最大，出口時(shí)切屑厚度為零。反之即為逆銑。6從受力角度分析而言，順銑產(chǎn)生產(chǎn)切削力是通過(guò)工件向工作臺(tái)方向傳遞。而逆銑產(chǎn)生切削力的方向則是使工件遠(yuǎn)離工作臺(tái)的方向，這將

4、使工件定位存在不穩(wěn)定的因素。如果加工過(guò)程采用逆銑可能導(dǎo)致工件表面光度達(dá)不到目標(biāo)值或刀片出現(xiàn)異常破損的情況，經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，本道工序采用的正是順銑，銑削方向上不存在問(wèn)題。2.2.2刀具與工件相對(duì)直徑與位置關(guān)系從理論上講，銑面的過(guò)程中，推薦銑刀的直徑比工件寬度大20%-50%，如果需要幾次走刀完成面的加工，則應(yīng)采取刀具直徑與被加工件表面寬度比值應(yīng)為4/3，并且每次刀具進(jìn)給無(wú)需全直徑加工，這樣可有效保證形成良好的切屑和每一個(gè)刀片受到相對(duì)穩(wěn)定的切削力。另外，銑刀定位（主軸中心）應(yīng)與工件表面寬度的中心存在一個(gè)小幅的偏離，并使其緊靠中心非常有力，因?yàn)榇藭r(shí)每個(gè)刀片形成的切口非常小，并且刀片的

5、進(jìn)入和退出有利于切屑形成和防止沖擊載荷。但是如果二者中心重合，就會(huì)出現(xiàn)很不利的情況。當(dāng)切削刃進(jìn)入和退出切口時(shí)，大小平均的徑向力在在方向上不斷變化，使機(jī)床主軸引起振動(dòng)或損壞，并且刀片也可能出現(xiàn)破碎或加工表面質(zhì)量差等問(wèn)題。缸體頂面最大寬度為186mm，最小寬度為130mm，考慮加工成本，選用Φ160mm刀盤(pán)，采用順銑，走刀路徑如圖2所示，原有加工路徑偏移工件中心，受力不均勻，調(diào)整8mm后，加工工況有所改善。2.3加工參數(shù)分析與優(yōu)化在解決刀具壽命異常時(shí)通常有改變刀具結(jié)構(gòu)和形式、優(yōu)化刀具材質(zhì)和槽型以及優(yōu)化加工參數(shù)等三方面內(nèi)容，其中優(yōu)化加工參數(shù)無(wú)須投入，應(yīng)用也最多。62.3.1優(yōu)化加工

6、參數(shù)加工參數(shù)由三個(gè)部分組成：切深ap、進(jìn)給速度f(wàn)n及切削速度vc。這三項(xiàng)指標(biāo)，每一項(xiàng)都會(huì)對(duì)刀具的加工壽命存在影響，但影響的程度各不相同。其中切深對(duì)刀具壽命影響最小，切削速度對(duì)刀具壽命影響最大。我們通常通過(guò)ap減少走刀次數(shù)；通過(guò)fn實(shí)現(xiàn)更短的切削時(shí)間；通過(guò)vc實(shí)現(xiàn)最佳的刀具壽命；所以我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加工參數(shù)進(jìn)行了如下優(yōu)化：切削深度為固定的工藝余量0.5mm，不做優(yōu)化；進(jìn)給速度由2030mm/min優(yōu)化至3000mm/min；切削速度由原來(lái)的850m/min優(yōu)化至753.5m/min（推薦切削速度為800-1000m/min）。優(yōu)化后刀具的加工壽命提升到70-80件/刃，但仍沒(méi)有達(dá)到我

7、們預(yù)期，后續(xù)我們將進(jìn)行其它方面的優(yōu)化。2.3.2改變切削環(huán)境6切削環(huán)境對(duì)刀具的壽命也有至關(guān)重要的影響，一般來(lái)說(shuō)，破損刀片后刀面磨損較嚴(yán)重，前刀面有稍許磨損，本次發(fā)現(xiàn)刀片并不是真正的磨損而是崩刃，所以懷疑是否是切削環(huán)境導(dǎo)致刀具異常破損呢？經(jīng)過(guò)細(xì)致的分析發(fā)現(xiàn)，刀片加工過(guò)程中，由于刀盤(pán)直徑較大，切削過(guò)程中有部分刀片在“宏觀上”看冷卻液噴淋的并不是很充分，而在“微觀上”刀片的尖角與工件接觸時(shí)，冷卻液就更不能?chē)姷綄?shí)際想要的位置上，外冷式加工與鉆頭等內(nèi)冷式加工相比，冷卻效果前者要遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于后者。所以刀片加工過(guò)程中與工