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硬质合金刀具选择

文章出处:人气:-发表时间:2014-11-05 01:33【

2011-12-03 18:01:54

硬质合金刀具引言

车削加工是机械制造加工工艺的主要工序。特别是在重型机械加工制造业中,工件结构尺寸堪称巨型,重量高达60~80t,甚至上百吨,加工设备重型卧车回转直径达到6m,重型立车可达到10m。重型车削加工与普通加工比拟,切削深度大、切削速度低、进给速度慢。加工余量达单边35~50mm,加之切削过程中工件平衡差,加工余量分布不平均,机床的某些部件不平衡等因素引起的振动,使加工的动态不平衡过程要消耗良多的机动时间和辅助时间。所以加工重型零件,进步出产率或机器设备的利用率,必需从增大切削层厚度和进刀量入手,要重点考虑切削用量和刀具的选择,改善刀具结构和几何外形,将刀具材质的强度特点考虑进去,以求进步切削用量,明显降低机动时间。

1 刀具材料的选择

切削常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。重型切削深度一般可达30~50mm,余量不均,工件表面有硬化层,粗加工阶段的刀具磨损以磨粒磨损形式为主:切削速度一般为15~20m/min,尽管速度值处于积屑瘤发生区,但切削的高温足使切屑与前刀面的接触点处于液态,减小了摩擦力,按捺了积屑瘤天生。刀具材料的选择要耐磨损、抗冲击。陶瓷类刀具硬度高,但抗弯强度低,冲击韧性差,不适于余量不均的重型车削,CBN存在同样的题目。硬质合金却有较低的摩擦系数,可降低切削时的切削力及切削温度,大大进步刀具耐费用,适于高硬度材料和重载车削粗加工。硬质合金分为钨钴类 (YG)、钨钴钛类(YT) 和碳化钨类(YW)。加工钢料时,YG类硬质合金的强度和韧性好,但高温硬度和高温韧性较差:重型车削时工件塑性变形大,摩擦剧烈,切削温度高,因此在重型车削中很少用YG类硬质合金。YT类硬质合金有高硬度和耐磨性、高耐热性、抗粘结扩散能力和抗氧化能力,是重型车削常用的刀具材料,适于加工钢料。然而在低速车削时,切削过程不平稳会造成YT类合金的韧性差,产生崩刃:尤其是加工一些高强度合金材料时,YT类硬质合金耐费用下降快,无法知足使用要求。在这种情况下应选用YW类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具(如643等)。细晶粒合金的耐磨性好,更合用于加工冷硬铸铁类产品,效率较YW类刀具可进步1倍以上。

用硬质合金刀具进步重型加工的车削速度,是进步出产率的枢纽之一,也是缩短出产轮回期的有利因素。工序中分几个行程切除大余量,每次的切削深度很小,而利用硬质合金刀具的切削机能,切削速度就会大大进步。

2 刀具角度的选择

重型车削粗加工阶段,工件外表面的铸造氧化皮、裂纹、铲坑、锻造夹杂、气孔等缺陷都易导致刀具破碎,因此应选择公道刀具角度。重型加工前提下,因粗加工要切除很厚的切屑,车刀一般采用前角g=8°~12°,而普通g=15°。切削刃倾角l=10°~18°。假如减小前角,即增大切削角,可在某种程度上增加切削刃的强度。应指出: 减小前角,切削力增大,但在g由15°变到10°时,切削力增加得很小,而增大的工作前角和楔角,进步了刀刃的锋利性和刀尖强度3 尤其是在工件很重,旋转带有冲击性的负荷时,切削刃的刃倾角l=10°~18°创造了最有利的切削前提,因而在切削时,冲击力的作用点离开了刀尖,可防止刀尖破碎。 同时,在主切削刃上开有1mm左右宽的负倒棱、R2mm左右的刀尖圆角以进步刀刃的抗冲击机能,但刀具安装角度还要根据实际情况调整。

3 刀具结构的选择

粗加工阶段切削余量大,对刀具的刚性要求较高。一般而言,整体刀具刚度好,但结构粗笨,装卸难题:而机夹刀具拆卸灵活,动刚度也可知足加工要度。机夹刀具的刀片材质选择及夹持结构对加工精度很重要,实际加工中发现,偏心销夹紧和勾头压紧式不适合重型粗加工,由于粗加工时工艺系统振动大,常使压紧机构松动,导致刀片损坏:上压式结构也常因阻碍了切屑的流出而造成压块的损坏。机夹刀具的制造精度要求也很高,由于即使微小的误差,也能使定位机构变成承力机构,因为重型切削的加工过程中切削力很大,易使刀具损坏。经实际加工验证,下图所示结构的刀具更适于重型车削的粗加工。

1.刀夹 2.垫板 3.挡铁 4.附加卷屑器 5.螺栓 6.刀片

用机械法固定硬质合金刀片的车刀图

这种新型硬质合金机夹车刀,装有可调整的附加卷屑器,使切屑卷成螺旋线型滑出。图中,附加卷屑器4同时又是刀片6的夹持器,使刀片紧固在刀夹1中。切削时,切屑遇到卷屑器的工作部门就卷起来,此部门焊一个厚3~5mm的硬质合金片。附加卷屑器的前端压住硬质合金刀片,而后端则压住挡铁3。挡铁3下部及垫板2 上部有锯齿纹,刀片磨损后,借此结构可将刀片伸出。垫板,用合金及淬火工具钢制成,用以保护硬质合金刀片不受折损。

该新型机夹车刀采用长方形刀片,磨刀时,刀片夹在专用刀杆内,磨出的刀具角度用样板检查。硬质合金刀片的刃磨角度为,前角g=10°,后角a=8°,主偏角kr=55°或45°, 副偏角kr1'= 15°。为使刀杆可以重复使用,用45#钢铸造制成,热处理硬度为HRC45~48。用该车刀的重型车削经验表明:切屑在高速切削时卷成螺旋线型是最好的外形(切削断面很大),切屑在切削刃四周就即行折断。若重型车床运转平稳,则硬质合金刀片切削刃不致破碎,出产效率就大大进步。

经由使用比较,该型车刀与采用整体硬质合金刀片焊接的车刀使用寿命相同。但与出产中其它类型的硬质合金车刀比较,在大多数的情况下,该型重型车刀更耐用,可切削切屑的剖面更大。经验证实,在任何前提下,切屑卷出前提均好,切屑以长螺旋型或短螺旋型卷出。当切削深度与进刀量之比不大于3~4时,切屑碰在刀杆后即变成细碎块掉落。

这种带有卷屑装置的新型硬质合金机夹车刀,在车床上及立式车床上切削钢件时使用。剖面为40mm×60mm及40mm×40mm的车刀,若切削余量平均,其最大的切屑剖面在宽30mm的刀片上为20mm2,在宽25mm的刀片上为15mm2。当切削余量不平均的硬皮时,切屑剖面要缩小30%~40%,当加工过程冲击很大时,不宜采用这种结构的重型车刀。

表 从硬质合金刀片的切削刃到垫板的间隔(伸出量)mm 切削深度mm 进刀量 (mm/r)

刃磨该类硬质合金刀片时应留意,把硬质合金刀片放在刀杆槽内,用螺栓和卷屑器的垫板固定住。刀片从刀杆内伸出长度不要超过1~1.5mm。垫板要安顿在刀片的前面,安放时,要使切屑能够成螺旋状卷出。从刀片中部测出的间隔或伸出量依据切屑剖面的大小而定。伸出量的尺寸,不应小于右表中所列值,否则切屑将猛烈击打卷屑器,会造成车刀的切削部门破裂,甚至把刀杆打断。当切削时,要及时更换磨钝的或破裂的刀片。更换刀片必需把切屑渣从刀杆上清理净。

该型刀具结构长处在于:刀块与刀体间有误差时,可以进行修磨,从而保证装配精度;压紧螺栓位于后刀面上,不轻易被切屑损坏。 板式刀架比较适合重型切削,由于它极大地增加了刀片受力方向的刚度,在增加切削用量后,也不致产生大振动,有利于出产效率和加工质量的进步。

4 切削用量的选择

重型车削粗加工阶段的切削深度可达到单边50mm,相应的切削速度为10m/min 左右,进给量1.5mm/r。由于粗加工阶段以去除余量为主要加工目的,因此按照机械加工中切削余量的确定原则,为进步切削效率,应加大切削深度。重型切削时因为切削深度大,所以切削力大,相应的选择较低的切削速度,一般为10~15m/min,进给量为1~2mm/r。采用这样的切削用量,工件的表面粗拙度比较差,只能达到Ra12.5~Ra6.3,可以通过滚压的方法进步粗拙度值,以知足后序加工的要求。

5 结束语

重型车削与普通车削比拟,实在际加工同理论计算区别很大。目前,重型车削的良多工艺及刀具资料都是以普通机械加工为依据,这并不完全合用,因此需要做更深入的探讨



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