高速铣削扩径头斜块导向十字槽加工策略研究.pdf

高遠铣判邦头斜块导向十宇槽加工策略研究
口浩□新岚口谢黎明口黄建龙
兰州理工大学机电工程学院数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室兰州730050
摘要:通过分析斜块的结构特点及加エ要求,论述了应用聚品立方氩化明(PCBN)刀具对Cr12MoV淬硬钢进行高
速侁剷的可能性。对高速铣創的加工机理、特点和相关銑劇参数确定进行了必要的讨论。
关键词:加工要求聚晶立方氮化刀具加工机理銑削参数
中图分类号:TG506.1
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2009)10-0055-03
对于大直径直缝埋弧焊管的校圆,扩径机是不可具有良好的韧性、高耐磨性和对铁族金属的化学稳定
缺少的装备。而扩径头是机械式扩径机的关键部件。性,成为加工高硬度黑色金属材料的新型刀具材料之
天水某锻压机床厂为宝钢开发设计的机械式扩径机,
。月前开发的一种整体式PCBN刀片不仅可以用于
其扩径头上的斜块大端端头导向槽在扩径时与固定套车削加工,而且在铣削加工时也有良好表现,使高硬度
銜上的导向块反复相互摩擦,为延长使用寿命,其斜材料不能銑削加工的难题得到了突破2。
块整个表面需要高的硬度和耐磨性,故选用的材料为
Cr12Mov,并在调质后进行表面淬火,硬度达到55-61加工刀具
HRC,淬硬深度不小于3m。
PCBN是由CBN作为主要成分与结合剂在高温高
由斜块零件图(见图1)可以看出,在长度为1155压下烧结而成的聚晶体,结合剂主要有金属型
m的斜块大端设计有45mm导向通槽和与其相互垂Ni为代表)或陶瓷型(以TC、TiIN、AL2O、为代表)2
直的12mm长圆槽,两槽之间有垂直度要求(图中未标
用金属作粘结剂的PCBN,通常CBN含量高、韧性
注)且导向通槽与上平面亦有垂直度要求0.03mm。为好,导热性优于用陶瓷作粘结剂的PCBN,但金属通常
消除溶火以后变形的影响,两槽需要淬火后精加工,通在700~800℃的温度下就会软化,高温时金属的软化
常采用精磨通槽、电火花长圆
槽。然而在工序设计时,两次的
定位装夹,加工行程的限制,电
1155
极的损耗,使得精加工的精度不
易保证,效率较低,成本高且污
染大
聚立方化(m01ロ?
Iline Cubic Boron Nitride, PCBN
收日期:20090年4月
?00?
▲图1斜块零件示意图
和进给力基本成线性关系。
2)切削温度随切削速度和进给量的增加而升高,
的切削速度范围内,切削状态是最佳的。
5)获得的最优切削条件为:切削速度为45~55
同时随着切削速度增加,散热时间减少,温度也进一步m/min,进给量为0.08m/r,切削深度为0.5mmo
升高。
3)在低速切削情况下,切屑呈连续的节状或条状
参考文献
随着切削速度的增加转变为锯齿状。高速切削 cone
[1 Dudzinski D, Devillez A, Moufki A, etal. A Review of Devel
718合金过程中发现形成锯齿状切屑的临界速度是50
opments Towards Dry and High Speed Machining of Inconel 718
m/ mina
Alloy[J]. International Journal of Machine Tools Manufact-
4)AE信号能量峰值主要集中在100~200kHz
ure,2004,44:439-56.
300~400kHx,是因为在这个范間发生了严重的塑性
12] Trent E and Wright PK. Metal Cutting. Forth Edition!MJ. Bo.
变形和刀具磨损。AE均方根值表明在40-60m/min
ston: Butterworth-heinemanm. 2000
(編辑凌云)
ラ机械制造47卷第542期
效应会导致PCBN的耐磨性下降。金属和立方氮化硼率高,从而降低了生产成本。
的线膨胀系数相差较大,高温时会导致立方氮化硼结
2)加工精度高。同样的切削层参数,高速铁削条件
构的变化,从而使红硬性下降。
下,单位切削力显著下降,且其变化幅度小,使工件的
陶瓷的熔点相对较高,高温时不会产生软化效应,受力变形显著减小;同时,由于机床主轴转速极高,其
用陶瓷作粘结剂的PCBN具有较高的耐高温磨损和较振动频率远离于机床的高阶固有频率,能有效减小系
强的抗化学磨损性能。但陶瓷在高温时导热性差,易使统的振动,因此有利于状得高的加工精度
切削温度集中在被加工材料上并使之软化,因此适合
3)加工表面质量好。高速铣削的加工过程极为迅
于高硬度材料的切削加工。金属陶瓷粘结剂则兼具了速,加工表面的受热时间极短,60%~70%以上的切削
纯金属和纯陶瓷粘结剂两者的优点,目前正在发展和热被切屑带走,传入工件的切削热大为减少,切削温度
推广中。
低,热影响区和热影响程度都较小,有利于获得低损伤
PCBN刀具切削高硬度材料时的金属软化效应为的加工表面;同时,由于高速铣削时切削振动对加工质
高硬度材料的加工提供了较大的帮助,由于PCBN刀量的影响很小,因而能显著降低加工表面粗糙度,表面
具具有高的高温硬度、化学稳定性和热稳定性、低的摩粗糙度R。值可达到1.6~0.8m。
擦因数,因此在进行高速切削时,切削热使被切削金属
4)环境污染小。高速铣削淬硬钢通常为干铣削或
层软化、硬度降低而易于切削加工,刀具仍保持较高硬准于铣削,可大幅度减少切削液的使用和污染,也有利
度,这一特性被称为金属软化效应。该特性导致切削时于降低生产成本。
刀屑间摩擦进一步减小,切削变形进一步减小,切削力
此外,PCBN刀具在节省资源、降低制造成本方面
降低,加工表面质量提高。产生金属软化效应的决定性具有明显优势。
因素是切削温度。实验证明,产生金属软化效应的条件3斜块加エ
是工件材料的硬度要大于50HRC,这在干切削条件下
具有更明显的优势。因此,PCBN刀具是最符合绿色刀
通过图1可以看到斜块的结构和精度要求,45'899
具要求的理想切削刀具。
?向通槽和与之垂直的128键槽,两个键宽精度要
2加工机理与特点
求较为严格,而且两者除相互垂直外,导向通槽还要求
与上平面垂直。
根据工件材料的硬度不同,以车削方式加工可以
在淬火硬度达到55~60HIRC后,以精磨后的上平
观察到两种切削现象:切削30~50RC淬硬钢时多产面作为定位基准,然后精铣削键槽。首先以上平面定
生带状切屑,切削力会随着工件硬度的增加而增加,这位,找直大端面,保证0.03mm的对称度要求;在距鄙式
是切屑-刀具接角触面的摩擦效应导致的。在切削50加工中心上,用PCBN铣刀(由于高速精铣时余量均匀
HRC以上的淬硬钢时多产生节状切屑,这主要是切屑且振动较小,为达到温度效应,刀具结合剂选用陶瓷型
刀具接触面的温度效应导致的。工件硬度的增加会或金属陶瓷型),采用高转速、小进给量和较小的切削
使切屑-刀具接触面的温度增加,切削加工过程中的深度精铣以上十字槽。为提高侁削效率、降低刀具成
金属软化效应占主导地位。一方面,工件材料的变软使本,应合理选取有关加工参数。
刀具一工件之间的硬度差増大,前刀面的剪切应力和