PCBN刀具銑削淬火鋼時切削用量的選擇
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:5010
PCBN的硬度僅次于金剛石,對鐵族元素具有高化學(xué)惰性,因此,PCBN刀具非常適合于淬火鋼和淬火鑄鐵的切削加工。但由于其抗彎強度和抗沖擊性能較差,在進(jìn)行斷續(xù)切削時,選擇合適的切削用量,對于防止刀具破損,提高刀具壽命具有非常重要的意義。本文采用角正交回歸試驗法和單因素試驗法,研究PCBN立銑刀精密銑削Cr12MoV等淬火鋼材料時切削用量對刀具壽命的影響規(guī)律,以期為使用者提供一些選用該類刀具的參考數(shù)據(jù)。
1.試驗條件
工件材料:Cr12MoV和45鋼,淬火回火硬度分
別為59-61HRC和50-53HRC;試驗設(shè)備:X53K
立式銑床;加工方式:采用PCBN可轉(zhuǎn)位圓刀片單
齒銑削;刀具幾何參數(shù):go=-10°,a=10°,ls=15°,刀片直徑f14mm。
2.T-V關(guān)系試驗
圖1 T-V關(guān)系曲線
基于淬火鋼高溫軟化切削機理,選擇合適的切削速度十分重要,它可在切削區(qū)形成一定的切削溫度,從而降低切削力,防止刀具破損,提高刀具壽命。本文采用單因素試驗法進(jìn)行T(刀具壽命)-V(切削速度)關(guān)系試驗。
T-V試驗的切削條件:ap=0.1mm,af=0.1mm/Z
,工件材料Cr12MoV,刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn) VBmax
=0.3mm。切削速度V分為四檔: 132.8m/min, 169.6
m/min, 212.0m/min,268.5m/min。T-V關(guān)系曲線
如圖1所示。由試驗結(jié)果可知,當(dāng)V<169.6m/min
時,T隨V的升高而增大;當(dāng)V>169.6m/min時,T
隨V的升高而減小,此時T-V關(guān)系符合泰勒公式,
經(jīng)回歸處理,T=e7.489V-1.028
3. T-f(V, ap, af)關(guān)系試驗
為了減少試驗工作量,本文采用陳章燕所著《研究切削過程的新方法》(載于北京工業(yè)學(xué)院學(xué)報1989年第6期)推薦的 角正交回歸試驗法進(jìn)行試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理,各切 削用量分別為:V1=169.6m/min,V2=268.5m/min,ap1=0.05mm,ap2=0.15mm,af1=0.08mm/Z,af2=0.15mm/Z。試驗結(jié)果如表1及圖2所示。
圖2 T-f(V, ap, af)試驗點磨損曲線
表1 刀具壽命的數(shù)據(jù)編碼資料
序號 切削用量 刀具壽命 水平編碼
ap
(mm) af
(mm/Z) V
(m/min) T
(min) ey Yi b0 b1 b2 b3
1 0.05 0.08 169.6 11.2 2.416 Y1 +1 -1 -1 -1
2 0.15 0.15 169.6 3.6 1.281 Y2 +1 +1 +1 -1
3 0.05 0.08 268.5 4.0 1.386 Y3 +1 +1 -1 -1
4 0.05 0.15 268.5 2.9 1.065 Y4 +1 -1 +1 +1
采用《研究切削過程的新方法》介紹的試驗數(shù)據(jù)處理方法,經(jīng)處理后得到的刀具壽命公式為
T=e5.662V-1.358af-1.158ap-0.371
圖3 刀具磨損曲線
4. 試驗結(jié)果分析
從試驗所得的刀具壽命公式來看,在切削用量諸因素中,銑削速度V對刀具壽命影響最大,進(jìn)給量af次之,銑削深度ap的影響最小。因此,在使用PCBN刀具端銑淬火鋼材料時,首先可選用稍大的銑削深度,但銑削深度的增加將使切削力明顯增大,從而引起整個工藝系統(tǒng)振動加劇,嚴(yán)重時可導(dǎo)致刀具破損,因此銑削深度也不宜過大,本文推薦選用ap=0.05-0.2mm。如果工件材料的硬度和強度較低,機床剛性較好,ap值可取上限。
在用PCBN刀具銑削淬火鋼材料的端面時,應(yīng)注意進(jìn)給量的選擇,進(jìn)給量選擇不當(dāng)是引起刀具破損的主要原因之一。對于<55HRC的淬火鋼,推薦使用af=0.1-0.4mm/Z;對于>60HRC的淬火鋼,推薦使用af=0.05-0.12mm/Z。
從圖1可看出,用PCBN刀具銑削淬火鋼時,切削速度存在一個下限,低于此下限,刀具將出現(xiàn)早期破損或壽命急劇下降。加工不同工件材料時,切削速度的下限值各不相同。一般說來,高合金鋼(模具鋼、高速鋼等)在切削區(qū)發(fā)生高溫軟化的溫度較低,低合金鋼或普通碳素鋼則較高。因此,加工高合金鋼時,切削速度的下限值也相應(yīng)高一些,本文推薦選用V=150-200m/min;加工低合金鋼和碳素工具鋼時,推薦選用V=100-200m/min。
作者對前述結(jié)果進(jìn)行了驗證性試驗。工件材料為45鋼,硬度50-53HRC,切削用量: V=132.8m/min,af=0.32mm/Z,ap=0.1mm,刀具磨損曲線
如圖)所示。試驗結(jié)果表明,當(dāng)VBmax=0.3mm時,T=39min,可見用PCBN刀具銑削淬火鋼端面時,只要切削用量和刀具幾何參數(shù)選擇恰當(dāng),即可獲得比較滿意的效果。
5 刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)
PCBN刀具銑削淬火鋼時,磨損主要發(fā)生在后刀面上,前刀面的磨損相對較小,因此,刀具磨鈍一般以后刀面最大磨損量VBmax 作為標(biāo)準(zhǔn)。從圖3可知,當(dāng) VBmax>0.3mm時,刀具磨損速度顯著加快;當(dāng)VBmax≈0.25mm時,加工表面粗糙度開始變得不穩(wěn)定(見圖4)。綜合考慮刀具壽命、加工表面粗糙度、刀片重磨的 方便性和使用的經(jīng)濟性等因素,本文推薦PCBN刀具銑削淬火鋼時的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為VBmax=0.25-0.3mm。
圖4 VBmax對Ra的影響
6 結(jié)論
(1)用PCBN刀具切削淬火鋼的生產(chǎn)效率大大高于磨削加工,在本試驗中,加工表面粗糙度均在Ra0.3-0.9µm之間,與磨削表面近似。因此,采用PCBN刀具加工淬火鋼,完全可實現(xiàn)“以銑代磨”。
(2)在切削用量各因素中,銑削速度對刀具壽命
的影響最大,進(jìn)給量次之,銑削深度影響最小。
(3)加工硬度和強度較低的淬火鋼(<55HRC,sb<180kgf/mm²)
,本文推薦如下銑削用量:V=100-200m/min
,ap=0.05-0.2mm,af=0.1-0.4mm;加工中等硬度、較高強度的淬火鋼(>60HRC, sb>200kgf/mm²),本文推薦的銑削用量為:V=150-200m/min
,ap=0.05-0.2mm,af=0.05-0.12mm。
(4)推薦以VBmax=0.25-0.3mm作為PCBN刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)淬火鋼硬度較低而工藝系統(tǒng)剛性較好時,磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)取上限。
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