在枯燥的PCBN刀具灰铸铁加工工艺实验.docVIP

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%所示。材料是ht250，硬度为200-250hb。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。 二、镗削加工工艺试验 试验条件 加工对象：机体缸套孔，ht250，硬度200-250hb； 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。 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 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。 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v300m/min时，ra1.6μm，v500m/min时，ra1.25μm，这是因为在低速切削时，由于刀具负倒棱或负前角的影响，刀具的切削抗力增大，引起刀具系统振动，从而使表面粗糙度值增大，当切削速度增高到一定值时，主轴的激振频率较高，大大高于机床-工件-夹具-刀具工艺系统固有的频率，因此切削过程平稳，加工表面粗糙度值明显降低。但当v800m/min以后，对表面粗糙度的影响就不很明显。图3 切削路程与刀尖磨损量的关系 图4 进给量与表面粗糙度的关系 图5 切深与刀具磨损量的关系 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v700m/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。 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f0.2mm/r，f0.4mm/r时，表面粗糙度均不好。 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ap0.3mm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。 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brmm 后角a0 刀尖remm 刃倾角l 0°