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提高切削效率延長刀具使用壽命

    日期:2020-07-08    瀏覽:246
    核心提示:鈦金屬因其自身的材料特性,在未來(特別是在航空工業中)將起到越來越重要的作用。鈦金屬具有強度高、韌性好、導熱率低以及特殊的
    鈦金屬因其自身的材料特性,在未來(特別是在航空工業中)將起到越來越重要的作用。鈦金屬具有強度高、韌性好、導熱率低以及特殊的抗腐蝕能力等特點。隨著碳纖維(CFU)被大量用作航空構件材料,鈦金屬零部件的應用也隨之增加,這是因為鈦金屬與CFK匹配使用時,兩者間產生的電化學電位差比鉛金屬與CFK之間的電位差要低。今后,會有更多更大的結構部件用鈦金屬制造,這就對切削加工的工藝設計提出了要求,必須提供能適應鈦金屬加工的高效銑削工具。
    為了提高銑削加工效率,除了在刀具宏觀幾何結構設計上下功夫以外,改變其微觀幾何結構的設計參數也是途徑之一。這里,首先要提到對提高切削效率起著重要作用的刃口鈍化處理工藝。按照人們目前的認識,在加工鈦金屬時,使用刃口鋒銳的刀具對提高切削效率是有益的。以下介紹的試驗結果顯示,盡管鈦金屬有這樣的材料特性,但通過適當改變刀具微觀幾何結構的設計參數,同樣可以起到提高切削效率的作用。
    具有高復現性的刃口鈍化處理技術
    刀具刃口鈍化的方式通常有用刷子刷、噴丸、滾筒拋光等。本文介紹一種較新的刃口鈍化處理——磁精密修整技術。在兩磁頭之間充滿由磁性顆?;旌隙傻臎_刮介質,兩磁頭以不同的速度旋轉,被處理刀具置于兩磁頭之間,在充滿刮削介質的流體中作旋轉運動,介質對刀具的刃口、后面、前面和刃溝進行沖刷。這種方法也可用于處理PVD涂層刀具。
    由于刀具刃口的幾何形狀不完全對稱,其鈍化程度也不均勻。為了能清楚地描述任意一個切削刃口的幾何結構,特采用以下一些參數:前面節段Sγ,后面節段Sα,節段比例K,半徑間距△r。以往的研究表明,刃口經鈍化處理后,對刀具的切削效率有很大影響。經過目前進一步研究,人們發現,刀具刃口經過非對稱均勻鈍化處理,其切削加工性能優于對稱均勻鈍化處理的刀具性能。
    用經過刃口鈍化處理的刀具,按傳統的切削參數進行加工時,其使用壽命可提高70%。刃口鈍化量越大,刀具的耐磨損性能越好。未經鈍化處理的刀具在切削加工時,刃口部位會因細微破損而出現較大磨損,而這種現象在經過刃口鈍化處理的刀具上很少發生,這是因為在切削加工中,切削刃上會產生很大壓力,并在經鈍化處理的刀刃上形成一些粘結物,從而使刀刃變得更堅固而不易磨損。
    刀具經過鈍化處理后,刃口的切削性能更加穩定,這對提高鈦金屬的加工效率尤為重要。由于可有效避免刃口破損,因此,刀具磨損的分布和過程十分均勻和穩定,切削加工的安全性和可靠性也大為提高。
    在刃口鈍化量最大的情況下,加大每齒進給量的試驗數據表明:當每齒進給量fz=0.06mm,即在比普通切削條件增加一倍的情況下,刀具的耐用度最高。試驗在切削量達到vw=2300cm3時中斷停止。由于減小了各個切削刃的切削行程,因此fz=0.06mm時比fz=0.03mm時的刀具耐用度大為提高。
    為了加工相同數量的材料,有必要降低刀具的轉速。而當切削厚度大于刀具刃口后面節段Sα時,也能改善刀具磨損狀況。但是,繼續提高刀齒進給量,會引起機床機械負荷增大而導致磨損加大,使切削量下降。另外,刃口經過鈍化處理還可降低切削過程產生的顫振,即使選用較高的切削參數進行切削加工,仍可保證刀具的耐用度。
    刃口經鈍化處理后,刀具在使用時磨損非常均勻,此時在刀具的前面和后面都會形成粘結物。
    當進給量較大時,刃口并未出現明顯破損。為了做進一步試驗,將每齒進給量提高到fz=0.15mm,切削深度減小到ap=5mm。當切削深度較大時,切削力也相應增大,從而導致刀具破損。當進給量也較大,切削深度ap=16mm時,切削過程會出現顫振,使刀具發生破損,機床主軸也會受損。
    小結
    刃口鈍化處理對刀具磨損以及切削加工效率有著極大影響。像銑刀這類圓周切削刃、旋轉對稱型的刀具,可通過磁精密修整技術進行刃口鈍化處理,刀具的前面、后面、刃溝也同時被拋光,這對于避免產生粘結十分有利。用經過刃口鈍化處理的刀具按傳統切削參數對鈦金屬進行銑削加工時,其耐用度可提高約70%,每齒進給量也可明顯提高。試驗顯示,當每齒進給量fz=0.06mm時,刀具切削狀態最佳,在刀具刃口上也觀察不到細微破損。
     
 
 
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