PCBN刀具镗削灰铸铁的工艺试验.doc

PCBN刀具镗削灰铸铁的工艺试验湖北多菱动力机器股份公司宋银胜一、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。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。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0=0°01=-10°～-15°0=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。Ⅰ0=-3°～-5°01=-20°～-25°0=6°～8°Ⅱ0=0°01=-20°～-25°0=6°～8°Ⅲ0=-3°～-5°01=-10°～-15°0=6°～8°Ⅳ0=0°01=-10°～-15°0=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V<300m/min时Ra>1.6µmV>500m/min时Ra<1.25µm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V>800m/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f<0.2mm/rf>0.4mm/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>0.3mm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0负倒棱01倒棱宽brmm后角0刀尖rmm刃倾角0°-10°～-15°0.2～0.36°～8°0.4～0.80°表2切削用量切削速度Vm/min进