超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究.pdfVIP

精密制造与 自动化 2010年第2期 超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究 张 毅 中煤国际工程集团 武汉设计研究院 (430064) 摘 要 介绍了采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究。试验结果表 明，在两种加工方式下，刀具的磨损形式主要是后刀面磨损，前刀面磨损和刀刃的破损，其中后刀面的磨粒磨损 最严重，前刀面的粘着磨损较弱，当进给量加大或者是主轴转速过高时，很容易发生崩刃。超声振动条件下，刀 具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱，且呈现一定的规律性。刀具的耐用度高，相对于普通切削更适合于复合材 料的加工。 关键词 超声铣削 碳纤维复合材料 刀具磨损 耐用度 碳纤维复合材料是典型的难加工材料 l【j，其难 加工特征之一就是刀具磨损严重，耐用度低。碳纤 维复合材料切屑形成过程是一个基体破坏和纤维断 裂相互交织的复杂过程 ，因此，在此过程中，碳纤 维作为切削硬质点连续磨耗刀具，因纤维断裂和基 体剪切，以及切屑与前刀面、后刀面与已加工表面 之间的摩擦而产生大量的切削热，加之碎屑带走的 图1 超声振动铣削碳纤维复合材料示意图 热量较少，切削热主要传 向刀具和工件 ，导致刀具 的快速磨损，在普通加工方式下，许多刀具都难 以 表1 刀具参数 完成复合材料构件的切削全过程。为了解决这一难 l铣刀材料直径m／m齿数 前角(。)I后角(。)旋角(。： 题，作者将超声振动引入普通切削加工中，以期减 I硬质合金 3 3 10 f 5 I 30 少刀具磨损、提高工件表面加工质量。本文就对超 声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损机理 问题做一 表2 切削参数 些研究。 工件／nln] 铣削参数 冷却、铣削方式 材料：单向CC／复 主轴转速：6000r／min 干切削、顺铣 合材料 切削速度 ：270mm／min 1 试验条件与加工方法 尺寸：40~30X20进给量：0．5mm 试验机床是浙江大学辰光科技有限公司生产 的 数控铣床。该铣床样式采用双立柱式，有效行程为 表3 工件材料特性 280mm×350mm×1001YUTI，定位精度为0．03gm， 增强 基体 铺层方 纤维体积 纵向拉伸 纵向拉伸 主轴最高转速为24000r／min， y、Z牟由驱动均采用 材料 材料 式／(。) 含量／％ 强度／MPa模量 ／GPa 步进 电机驱动精密滚珠丝杠式，利用不同规格的弹 T300 石墨 90 40 1326 l2O 簧夹头，主轴前端刀把可安装 3～ 10mm不同直 径的铣刀。选用型号为H66MC的超声波发生器，电 2 试验结果与分析 源输出电压为220V，输出频率为50Hz，输出功率 以硬质合金铣刀为例，分别进行 了超声切削和 大于250W，频率可调范围为18kHz~22kHz。采用 普通切削的对比试验，并对刀具磨损表面进行了微 工件振动方式。 观形貌的扫描电镜 (SEM)分析，试验结果表 明， 试验原理如图1所示，刀具参数见表1，切削参 在两种加工方式下，硬质合金铣刀的磨损均为后刀 数见表2，工件材料特性见表3。 面的磨粒磨损，前刀面的粘着磨损和刀刃的破损[21。