車削刀片對加工表面質(zhì)量影響的研究

朱建軍，趙中華

(上海工程技術(shù)大學工程實訓中心，上海 201620)

車削過程中，刀具切削部分的形態(tài)直接影響著切削過程的穩(wěn)定性和表面質(zhì)量。理想狀態(tài)下，采用圓弧刃刀具車削金屬時，在工件加工表面形成輪廓峰和輪廓谷，它們之間的間隔，被稱為理論粗糙度。主切削刃和前刀面的主要任務(wù)是切除金屬，切削層在前刀面的擠壓作用下發(fā)生剪切滑移和塑性變形，然后形成切屑沿前刀面流出。前刀面的外形直接影響塑性變形的程度、切屑的卷曲形式和切屑刀具之間的摩擦特性，并直接對切削力、切削溫度、切屑的折斷方式和加工表面質(zhì)量造成明顯影響。刃口半徑越小，應(yīng)力越集中，變形越輕易，切削力越小，加工表面質(zhì)量越好。也就是說刃口半徑對切削過程有較大影響，同時對切削力、切削溫度和切屑變形系數(shù)都有不同程度的影響。

1 加工所用的材料、零件、刀具、數(shù)控機床

此次實驗所用的加工機床為:寧夏小巨人機床有限公司生產(chǎn)的QTN250MS-ⅡL數(shù)控車床，是高速、高精度的車銑復合中心，雙主軸結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)一次裝夾完成工件的整序加工。材料為FC30，零件名稱是斜盤支撐臺 (如圖1所示)處端面，最大外徑275 mm，最小直徑160 mm;斷續(xù)車削，余量ap=0.5 mm。

圖1 斜盤支撐臺

需要解決的問題:該零件屬于精密部件上的零件，對于端面的外觀和表面質(zhì)量要求很高，圖紙Ra1.6，實際最好能在Ra1.0左右。大于Ra1.6即超差報廢。現(xiàn)在用的各種車刀片均不能滿足生產(chǎn)要求，最好的一款刀片單刃切削壽命約30件，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2 實驗情況

實驗1:刀片型號:WNMG080404N-UZ AC410k;

切削參數(shù):vc=160 m/min，F(xiàn)=0.1 mm/r，ap=0.5 mm;

切削壽命:5件;

單件切削時間:151 s。

實驗2:刀片型號:WNMG080404N-LU AC700G;

切削參數(shù):vc=160 m/min，F(xiàn)=0.1 mm/r，ap=0.5 mm;

切削壽命:5件;

單件切削時間:151 s。

實驗3:刀片型號:WNMG080408N-SU T1500A;

切削參數(shù):vc=160 m/min，F(xiàn)=0.1 mm/r，ap=0.5 mm;

切削壽命:10件;

單件切削時間:151 s。

加工10件時刀尖磨損狀況見圖2。

圖2 加工10件時刀尖磨損狀況

實驗4:刀片型號:WNMG080404-WF3215;

切削參數(shù):vc=200 m/min，F(xiàn)=0.1 mm/r，ap=0.5 mm;

切削壽命:36件;

單件切削時間:121 s。

加工15件時的刀尖磨損狀況見圖3，加工36件時刀尖磨損狀況見圖4，加工36件時刃口完整。表面質(zhì)量檢測結(jié)果:按每5件檢測一次標準;第5件時Ra=0.82～0.91 mm;第10件時Ra=0.83～0.90 mm;第15件時Ra=0.81～1.01 mm;第20件時Ra=0.91～1.1 mm;第25件時Ra=0.77～0.84 mm;第31件時Ra=0.81～0.94 mm;第36件時Ra=0.78～0.90 mm。

圖3 加工15件時刀尖磨損狀況

圖4 加工36件時刀尖磨損狀況

3 結(jié)束語

通過實驗得出以下結(jié)果:切削壽命由單刀尖5～10件提高至35件，且產(chǎn)品質(zhì)量符合圖紙要求;切削時間由單件151 s縮短至121 s，單件節(jié)約時間30 s;換刀時間由每10件換一次刀改善至每35件左右換一次刀，平均單件節(jié)約時間10 s，單件總節(jié)約時間大于等于40 s。

假設(shè)年產(chǎn)20 000件，每年可節(jié)省成本26 124元，見圖5，每年可節(jié)約時間見圖6。

圖5 每個工件成本對比

圖6 每年節(jié)約時間對比

通過仔細研究實驗數(shù)據(jù)，分析車削加工時可能產(chǎn)生零件已加工表面粗糙度現(xiàn)象的成因，找出影響表面粗糙度的主要因素，從而提出車削加工時改善表面粗糙度的一些措施。車削加工時表面粗糙度的成因:車削加工時，由于刀具切削刃的幾何形狀、幾何參數(shù)、進給運動及切削刃本身的粗糙度等，未能將被加工表面上的材料層完全干凈地去除掉，在已加工表面上遺留下殘留面積，殘留面積的高度構(gòu)成了表面粗糙度Ra。所以，通過改變刀片的相關(guān)參數(shù)等，來實現(xiàn)改善零件的表面粗糙度。

【1】王洪生.車削加工中影響加工表面質(zhì)量的因素［J］.安陽工學院學報，2011(2):26－28.

【2】賴思琦，張立紅.數(shù)控車削中切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響分析［J］.機械，2010(7):61－63.

【3】溫秉權(quán).金屬材料手冊［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

【4】史全富.金屬切削手冊［M］.上海:上海科學技術(shù)出版社，2003.

【5】劉黨生.金屬切削原理與刀具［M］.北京:北京理工大學出版社，2009.