PCBN刀具鏜削灰鑄鐵的工藝試驗(yàn).doc

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1、....PCBN刀具鏜削灰鑄鐵的工藝試驗(yàn)多菱動(dòng)力機(jī)器股份公司宋銀勝一、問題的提出我公司生產(chǎn)的三、四缸柴油機(jī)機(jī)體缸孔精度要求如圖1所示。材料是HT250，硬度為200-250HB。過去采用YG3硬質(zhì)合金刀具加工，由于加工孔較深，刀具切削行程長，刀具磨損快，且生產(chǎn)批量大，在鏜孔過程中主要產(chǎn)生如下幾個(gè)方面的問題：1)精鏜后缸孔產(chǎn)生上大下小的錐度，圓柱度達(dá)不到要求；2)刀具刃磨頻繁，調(diào)刀工作量大；3)加工尺寸散差大，穩(wěn)定性差；4)工件熱變形大，影響加工尺寸精度；5)生產(chǎn)效率低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)批量的擴(kuò)大等。解決這些問題的

2、基本途徑是應(yīng)用新型刀具材料，提高刀具的耐磨性和切削速度及減小刀具與工件的摩擦系數(shù)等。為此，筆者選擇了PCBN刀具材料，并根據(jù)其切削性能，分別在加工中心及組合機(jī)床上進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，取得了很好的效果。圖1二、鏜削加工工藝試驗(yàn)1試驗(yàn)條件加工對象：機(jī)體缸套孔，HT250，硬度200-250HB；刀具：PCBN復(fù)合片；加工性質(zhì)：精加工；........加工設(shè)備：XH756加工中心；加工條件：干式切削。2刀具幾何參數(shù)對表面粗糙度的影響圖2所示是4組不同刀具的幾何參數(shù)對表面粗糙度的影響曲線，由于PCBN刀具的脆性比硬質(zhì)合金

3、大，采用負(fù)倒棱或負(fù)前角以增加刀具的抗沖擊強(qiáng)度(防止刀片破裂或斷裂)，但負(fù)倒棱與負(fù)前角的增大，使刀具的切削抗力增大，易引起刀具系統(tǒng)振動(dòng)，影響工件表面粗糙度，因此要特別注意選擇刀具的負(fù)倒棱和負(fù)前角。圖中可以看出，在刀具幾何參數(shù)為g0=0°，g01=-10°～-15°a0=6°～8°時(shí)，工件表面粗糙度值最低，精度最高。這是因?yàn)闄C(jī)體鏜孔本身是連續(xù)切削加工，在切削條件允許的情況下采用0°前角和較小的負(fù)倒棱角，有利于減小切削力和刀具系統(tǒng)的振動(dòng)，使刀具切削輕快，從而有利于降低加工工件表面粗糙度值。Ⅰg0=-3°～-5°g0

4、1=-20°～-25°a0=6°～8°Ⅱg0=0°g01=-20°～-25°a0=6°～8°Ⅲg0=-3°～-5°g01=-10°～-15°a0=6°～8°Ⅳg0=0°g01=-10°～-15°a0=6°～8圖2切削速度與表面粗糙度的關(guān)系3切削速度對表面粗糙度的影響切削速度的提高有利于工件表面粗糙度值的降低，PCBN刀具材料由于具有很好的熱穩(wěn)定性和高溫硬度，導(dǎo)熱性能好，摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)，特別適合于高速切削。根據(jù)有關(guān)資料推薦，進(jìn)行了切削速度與表面粗糙度對應(yīng)關(guān)系的切削試驗(yàn)。從圖2中可以看出，在低速切削時(shí)，工件表面

5、的粗糙度值較大，隨著切削速度的增高，工件表面粗糙度值逐步降低。如以Ⅳ組刀具為例在V<300m/min時(shí)，Ra>1.6μm，V>500m/min時(shí)，Ra<1.25μm，這是因?yàn)樵诘退偾邢鲿r(shí)，由于刀具負(fù)倒棱或負(fù)前角的影響，刀具的切削抗力增大，引起刀具系統(tǒng)振動(dòng)，從而使表面粗糙度值增大，當(dāng)切削速度增高到一定值時(shí)，主軸的激振頻率較高，大大高于機(jī)床-工件-夾具-刀具工藝系統(tǒng)固有的頻率，因此切削過程平穩(wěn)，加工表面粗糙度值明顯降低。但當(dāng)V>800m/min以后，對表面粗糙度的影響就不很明顯。4切削速度對刀具壽命的影響....

6、....切削速度是影響刀具壽命的最主要因素，圖3所示在不同切削速度下，切削路程與刀尖磨損量的關(guān)系曲線，可見V≤300m/min時(shí)，刀具磨損很快(加工12件左右機(jī)體就必需重新磨刀)。在V>700m/min以后，刀尖磨損緩慢(加工200件左右機(jī)體才開始重新磨刀)，這是因?yàn)镻CBN刀具在高速切削時(shí)，產(chǎn)生較高的切削溫度，使被加工材料軟化，與刀具間硬度差增大，這種“軟化效應(yīng)”提高了刀具的壽命。圖3切削路程與刀尖磨損量的關(guān)系5進(jìn)給量對表面粗糙度的影響由于PCBN刀具需要制出負(fù)倒棱以避免切削過程中崩刃，因此進(jìn)給量的選擇不能

7、太小，要大于倒棱寬度，否則刀具切削在倒棱區(qū)域，形成很大的負(fù)前角，不利于表面粗糙度的降低。進(jìn)給量過大，同樣也影響表面粗糙度的降低。圖4所示為進(jìn)給量與表面粗糙度的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，當(dāng)進(jìn)給量f<0.2mm/r，f>0.4mm/r時(shí)，表面粗糙度均不好。圖4進(jìn)給量與表面粗糙度的關(guān)系6切深對刀具壽命的影響圖5所示，為切深與刀具磨損量的關(guān)系曲線，當(dāng)切深較小時(shí)，刀尖磨損量較大(在光學(xué)對刀儀上測量)，在ap>0.3mm以后，磨損量明顯減小，以后呈平緩上升趨勢，這是由于切深較小時(shí)，刀具處于摩擦切削狀態(tài)，采用較大切深時(shí)，由

8、于有足夠的熱量對切削區(qū)金屬進(jìn)行軟化(金屬軟化效應(yīng))，使刀具磨損速度降低。但切深量選得過大，又導(dǎo)致精加工切削力及切削面積增大，影響表面粗糙度的減小。圖5切深與刀具磨損量的關(guān)系三、刀具幾何參數(shù)及切削用量的合理選擇從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，最合理的刀具幾何參數(shù)見表1。主偏角等其它角度根據(jù)需要確定。合理切削用量見表1。........表1刀具幾何參數(shù)前角g0負(fù)倒棱g01倒棱寬brmm后角a0刀尖remm刃傾角