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重型切削车刀工具系统先进技术的推广

2012年08月09日 13:43中国机床商务网点击:7065

  新型可调刀瘤切削(SWC)重型车削加工不仅是为了提高加工重型零件的生产率及设备利用率,还要求降低能耗并进行干切削。结合我国现代切削加工实际情况,设计新型可调刀瘤切削重型车削刀具时,应综合考虑刀具材料、刀具涂层和刀具几何形状之间的相互兼顾的优化关系,与解决不同切削条件下精粗加工工艺的集成以及对干式切削与绿色切削的新技术要求的实现程度问题,其相关技术和管理手段应服务并能优化整个加工过程的高效要求。因而,新型可调刀瘤切削重型切削车刀工具系统先进技术的推广与应用对提高重车削效益有其重要的意义。
  
  重型车削是指切削速度Vc≥38m/min,背吃刀量ap≥10mm,进给量f≥0.5mm/r的车削加工,在我国由于工艺条件所限,生产现场的重型车刀一般背吃刀量ap=25mm,进给量f≥1.0mm/r,切削速度度Vc≥40~60m/min,与普通加工相比,切削深度大、切削速度低、进给速度慢。加之切削过程中工件平衡较差、加工余量分布不均匀、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很多的机动时间和辅助时间。与普通车刀相比较,重型加工切削用量较大、工作条件与刀具加固方式也有很大不同,刀具的设计具有自身的显著特点。所以,刀瘤切削重型车削加工不能仅表现在一道工序或一台设备上,应服务于整条生产线效益的提高,包括刀具结构、几何形状、刀体材料、切削刃材料、刀具涂层等多个方面综合的整体性能应服务于整个系统,刀瘤切削重型车削加工技术与便于操作与管理的工具系统的应用工程问题必须及时解决。
  
  1.刀瘤切削重型加工刀具材料与刃口几何参数优化选择的系统性
  
  1.1重型车削的刀瘤切削机理
  
  重型切削深度一般可达30~50mm,且余量不均,工件表面的硬化层使粗加工阶段的刀具磨损以磨粒磨损为主。切削速度一般为15~20m/min,刃口处于积屑瘤发生的区与时段,因而在充分发挥刀具先进材质强度的基础上,改善与优化刀具结构和几何形状,能有效利用积屑瘤生成与消除规律进行刀瘤切削,也能从增大切削层厚度和进刀量入手,充分利用修光刃进行大进给的“Wiper”技术(即用一个短的直线或短的大半径圆弧来联结刀尖圆角和副切削刃,从而能降低已加工表面的粗糙度的技术),提高加工表面的光洁度,达到降低切削力、减小摩擦力,进行干式与绿色切削的高效加工目的。
  
  1.2刀瘤切削重型车削刀具的高效材料特性与结构变化的系统性
  
  刀瘤切削重型刀具刀片材质与型号的选用要符合加工系统条件的高效要求,否则就产生负面影响。因而,必须考虑刀具材料的耐磨损、抗冲击性能。弯强度低,冲击韧性差的陶瓷类刀具,不适应余量不均的重型车削,CBN也存在同样的问题。硬质合金的摩擦系数较低,刀具高温耐用度强,适于高硬度材料和重载车削粗加工,但要有具体的工艺措施。例如:
  
  在加工钢料时,K类硬质合金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,如采用热管式刀具,刃口有效持续冷却,适应性将会加强。P类硬质合金有高硬度、高耐磨性以及高耐热、抗粘结扩散能力和抗氧化的性能,是重型车削常用的刀具材料,适于加工钢料。但在低速车削且切削过程不平稳时,YT类合金的韧性较差,会产生崩刃,尤其是加工一些高强度合金材料时,YT类硬质合金耐用度下降快,无法满足使用要求。为进一步提高加工效益,刀具材料的应选用M类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具(如643等)。与P类硬质合金相比,其在重磨前寿命的增加远远超过重磨后的寿命损失,因为它的另一个优点是刃口锋利,即在加工条件恶劣的场合也可替代高速刀具,应用范围比较广泛。加之细晶粒合金的耐磨性好,更适用于加工冷硬铸铁类产品,效率较YW类刀具可提高1倍以上。一般以上加工条件不能充分具备,所以重切削刀具结构必须考虑并适应因加工条件不足或变更,调换不同类型刀具材质,也即适应调换同类与不同类刀片和调整刃口几何参数的需要,刀具结构的相应变化应利于操作与管理的具体要求。
  
  1.3刀瘤切削重型车削刀具可转位刀片尺寸的高效特点与调换的系统性能
  
  重型车加工可转位刀片尺寸的具体要求为:正方形刀片的最小边长为19mm;三角形刀片的最小边长为19mm;五边形刀以提高生产率来说是一种经济的方法,刀片的最小边长为13mm;菱形要考虑刀片的最小边长为16mm。其刀片毛坯主要几何参数允差与平面度偏差应符合YS/T553-2006相关规定。为提高可调刀具工具系统高效管理与使用的简便可靠与标准化以及工艺过程集成的质量水平,刀片的精度等级应为A级或F级。为便于调整前后角的需要,后角相对刃口初始前角应在15°、20°、25°(代号为D、E、F)之间选取,从而具有7~15°左右的调整量。如主偏角调整变化的幅度较大,刀片形状应应在S、C、M型号之间选择。因而,为调换刀片的需要,刀具切削部分应在刃口背吃刀量的矢量线上留有调整刀片退量的尺寸。基于绿色切削的基本要求,刀槽主偏角应在45°~60°变化,这样刃口主偏角的变化,在不增大进给量的情况下,能增大切削厚度减小切削力,还能不同程度储存一部分机床功率以提高生产率。
  
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