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PCBN刀具镗削灰铸铁的工艺试验是嘛

发布时间:2021-07-14 21:05:20 阅读: 来源:色差计厂家
PCBN刀具镗削灰铸铁的工艺试验是嘛

PCBN刀具镗削灰铸铁的工艺试验

一、问题的提出

我公司生产的三、四缸柴油机机体缸孔精度要求如图1所示。材料是HT250,硬度为HB。过去采用YG3硬质合金刀具加工,由于加工孔较深,刀具切削行程长,刀具磨损快,且生产批量大,在镗孔过程中主要产生如下几个方面的问题:1)精镗后缸孔产生上大下小的锥度,圆柱度达不到要求;2)刀具刃磨频繁,调刀工作量大;3)加工尺寸散差大,稳定性差;4)工件热变形大,影响加工尺寸精度;5)生产效率低,严重影响生产批量的扩大等。解决这些问题的基本途径是应用新型刀具材料,提高刀具的耐磨性和切削速度及减小刀具与工件的摩擦系数等。为此,笔者选择了PCBN刀具材料,并根据其切削性能,分别在加工中心及组合机床上进行了工艺试验,取得了很好的效果。

图1

二、镗削加工工艺试验

1 试验条件

加工对象:机体缸套孔,HT250,硬度HB;

刀具:PCBN复合片;

加工性质:精加工;

加工设备:XH756加工中心;

加工条件:干式切削。

2 刀具几何参数对表面粗糙度的影响

图2所示是4组不同刀具的几何参数对表面粗糙度的影响曲线,由于PCBN刀具的脆性比硬质合金大,采用负倒棱或负前角以增加刀具的抗冲击强度(防止刀片破裂或断裂),但负倒棱与负前角的增大,使刀具的切削抗力增大,易引起刀具系统振动,影响工件表面粗糙度,因此要特别注意选择刀具的负倒棱和负前角。图中可以看出,在刀具几何参数为g0=0°,g01=-10°~-15°a0=6°~8°时,工件表面粗糙度值最低,精度最高。这是因为机体镗孔本身是连续切削加工,在切削条件允许的情况下采用0°前角和较小的负倒棱角,有利于减小切削力和刀具系统为上市公司关联方的振动,使刀具切削轻快,从而有利于降低加工工件表面粗糙度值。

Ⅰ g0=-3°~-5° g01=-20°~-25° a0=6°~8°

Ⅱ g0=0° g01=-20°~-25° a0=6°~8°

Ⅲ g0=-3°~-5° g01=-10°~-15° a0=6°~8°

Ⅳ g0=0° g01=-10°~-15° a0=6°~8

图2 切削速度与表面粗糙度的关系

3 切削速度对表面粗糙度的影响

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热稳定性和高温硬度,导热性能好,摩擦系数小等特点,特别适合于高速切削。根据有关资料推荐,进行了切削速度与表面粗糙度对应关系的切削试验。

从图2中可以看出,在低速切削时,工件表面的粗糙度值较大,随着切削速度的增高,工件表面粗糙度值逐步降低。如以Ⅳ组刀具为例在V1.6 m,V>500m/min时,Ra800m/min以后,对表面粗糙度的影响就不很明显。

4 切削速度对刀具寿命的影响

切削速度是影响刀具寿命的最主要因素,图3所示在不同切削速度下,切削路程与刀尖磨损量的关系曲线,可见V≤300m/min时,刀具磨损很快(加工12件左右机体就必需重新磨刀)。在V>700m/min以后,刀尖磨损缓慢(加工200件左右机体才开始重新磨刀),这是因为PCBN刀具在高速切削时,产生较高的切削温度,使被加工材料软化,与刀具间硬度差增大,这种“软化效应”提高了刀具的寿命。

图3 切削路程与刀尖磨损量的关系

5 进给量对表面粗糙度的影响

由于PCBN刀具需要制出负倒棱以避免切削过程中崩刃,因此进给量的选择不能太小,要大于倒棱宽度,否则刀具切削在倒棱区域,形成很大的负前角,不利于表面粗糙度的降低。进给量过大,同样也影响表面粗糙度的降低。图4所示为进给量与表面粗糙度的关系曲线。从图中可以看出,当进给量f0.4mm/r时,表面粗糙度均不好。

图4 进给量与表面粗糙度的关系

6 切深对刀具寿命的影响

图5所示,为切深与刀具磨损量的关系曲线,当切深较小时,刀尖磨损量较大(在光学对刀仪上测量),在ap>0.市场受青岛铁矿石会议影响稍显平淡3mm以后,磨损量明显减小,以后呈平缓上升趋势,这是由于切深较小时,刀具处于摩擦切削状态,采用较大切深时,由于有足够的热量对切削区金属进行软化(金属软化效应),使刀具磨损速度降低。但切深量选得过大,又导致精加工切削力及切削面积增大,影响表面粗糙度的减小。

图5 切深与刀具磨损量的关系

三、刀具几何参数及切削用量的合理选择

从上述试验结果可以看出,最合理的刀具几何参数见表1。主偏角等其它角度根据需要确定。合理切削用量见表1。表1 刀具几何参数

前角g0负倒棱g01倒棱宽br mm后角a0刀尖re mm刃倾角l0°-10°~-15°0.2~0.36°~8°0.4~0.80°

表2 切削用量

切削速度V m/min进给量f mm/r切深ap mm500~10000.25~0.4>0.3

表3 PCBN刀具加工缸孔对比

刀具加工工件数 件表面粗糙度Ra m圆柱度 mm尺寸散差范围 mm生产率 件/hYG3253.2~1.60.015~0.0350.0455PCBN1601.6~0.80.008~0.0200.02030

根据这个试验结果,我厂在DV3480立式组合镗床上进行缸套孔切削试验,发现即使V=700m/min,机床的工艺系统也产生较大的振动,这是由于组合机床设计(特别是主轴及刀具系统)本身不适应高速切削,根据图3所示切削路程与刀具磨损曲线关系,选择V=500m/min切削试验,刀具几何参数同上,进给量f=0.3mm/r,切深ap=0.4mm,试验效果良好。表3所示为PCBN与硬质合金刀具切削试验对比表。

四、试验结论与注意事项

1 试验结论

从上述切削试验情况来看,PCBN刀具镗削多缸机机体缸孔的切削试验是成功的,已在组合镗床上加工4000多件,使用效果很好。

a 由于采用了高速切削,大进给量,切削效率高,提高了生产率6倍,可大大降低生产成本。

b 采用了高速切削,降低表面粗糙度值1 级以上。

c PCBN刀具具有很高的硬度和耐磨性,提高了刀具使用寿命4倍以上;减小了加工尺寸散差和圆柱度误差;减少了调刀磨刀次数,节约了辅助时间。

2 注意事项

a 由于PCBN刀具在高速下切削,因此机床-工件-夹具-刀具工艺系统刚度要好,防止振动影响加工精度与打刀。

b PCBN刀具脆性较大,应尽可能应用在连续平稳的切削加工场合,这时可采用零前角。当出现断续切削时,特别是在刚度不足时,应采用负倒棱、负前角以避免刀刃崩裂。

c PCBN刀具切削深度不能超过刀头的35%。

d PCBN复合片刀具可以焊接,可进行数次重磨,PCBN复合片质量要好,不然会产生大面积崩刃。

e PCBN刀具刃磨也是至关重要的,在普通工具磨上用金刚石砂轮刃磨后要人工研磨,最好使用进口(日本)或大连理工大学开发的超硬刀推行材料认可制度具刃磨机,具有微量进给和无进给磨削、砂轮修光等功能,有利于刀具刃磨质量和生产效率的提高,同时还可以减少刀具磨削时刃磨量,提高刀具刃磨次数,即提高刀具使用寿命。

f 刃磨时干燥要使用50倍放大镜检查刀刃刃磨质量,以提高刀具使用寿命及降低加工表面的粗糙度。(end)

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