柴油機(jī)曲軸連桿小頭是用錫青銅或銅基粉末冶金滑動(dòng)軸承套鑲嵌在連桿中，然后經(jīng)粗鏜、精鏜切削加工得到工件表面的。蚌埠柴油機(jī)廠連桿小頭孔如圖1所示，要求零件尺寸精度為Ø35H7，表面粗糙度Ra0.8µm以內(nèi)，以前用錫青銅軸承套時(shí)能達(dá)到此要求，但換了某種銅基粉末冶金材料后，零件表面粗糙度精度達(dá)不到要求，且表面有振紋，切屑為崩碎狀。曾試用過擠壓的方法，既增加了一道工序，加工出的表面粗糙度也不理想。

圖1

    該廠原用刀具：材料為YG6(或YT30)，主、副偏角均為45°，切深剖面內(nèi)前角γp=3°，小后角5°～7°，大后角8°～10°，刀尖寬0.15～0.2mm，前刀面粗糙度值為Ra0.8µm，后刀面粗糙度值為Ra0.4µm。加工出的零件表面質(zhì)量如上述，且刀具磨損較快，不能長時(shí)間保持零件尺寸精度。零件表面的粗糙度由理論粗糙度和非正常原因造成的粗糙度兩部分組成。理論粗糙度是指刀具幾何形狀和切削運(yùn)動(dòng)引起的表面不平度：非正常原因造成的粗糙度是指在加工過程中由于積屑瘤、鱗刺、振動(dòng)、摩擦、切削刃不平整、切屑劃傷等因素引起的表面不平度(圖2)。

圖2

對于理論粗糙度，經(jīng)計(jì)算知：當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑rε=0時(shí)，輪廓算術(shù)平均偏差Ra為

當(dāng)rε≠0時(shí)，輪廓算術(shù)平均偏差Ra為

    對于非正常原因造成的粗糙度，我們認(rèn)為在此工件的加工中主要是由于振動(dòng)、摩擦、切削刃不平整等因素造成的。

    切削振動(dòng)有強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩類：強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界周期性作用力引起的，如機(jī)床運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)，包括主軸徑向跳動(dòng)，安裝誤差造成離心力作用：工件材質(zhì)不均勻，間斷切屑和崩碎切屑的作用等。自激振動(dòng)是由于切削過程中作用力的變動(dòng)而引起的，如切屑與刀具間的摩擦力的變化。在本加工中我們認(rèn)為振動(dòng)主要是由崩碎切屑、切屑與刀具間的摩擦力的變化、刀具磨損產(chǎn)生作用力及切深抗力Fy等產(chǎn)生的。

經(jīng)過上述分析，我們采用如下方法改進(jìn)刀具的切削狀況：

1）由理論分析知，增加刀尖圓弧半徑rε可降低理論粗糙度值，刀尖圓弧半徑增至rε=0.3mm。

2）對于振動(dòng)，采用減小刃口圓弧半徑rβ、增大前角γp提高刀具的鋒利性，改變切屑屑型，減小切深抗力Fy，減小振動(dòng)(圖3)。主偏角、副偏角暫不動(dòng)。

圖3

3）選用耐磨的刀具材料，以提高刀具的耐磨性及尺寸穩(wěn)定性。選用刀具材料為PCD002。

4）提高前、后刀面的刃磨質(zhì)量，后刀面表面粗糙度值≤0.1µm，前刀面為研磨鏡面。使切削刃較平整，減小切屑與刀具間的摩擦力的變化、刀具磨損產(chǎn)生的作用力等。

5）適當(dāng)減小小后角，以利于后刀面Cd部分(圖3)與工件表面熨壓而使工件表面得到較小的粗糙度值。

    經(jīng)改進(jìn)后的刀具：材料為PCD002，主、副偏角均為45°，切深剖面內(nèi)前角γp=8°，小后角6°，大后角12°，刀尖圓弧半徑γε=0.3mm，前刀面為研磨鏡面，后刀面粗糙度值Ra0.1µm以內(nèi)。

    經(jīng)使用，切屑由崩碎狀變?yōu)?mm左右長的帶狀及節(jié)狀，表面振紋消失，加工出零件表面粗糙度值為0.68～0.73µm，達(dá)到了圖紙要求，且刀具能長時(shí)間保持零件尺寸精度，刀具壽命達(dá)上萬件。

    進(jìn)一步改進(jìn)措施：現(xiàn)加工表面尚有螺旋狀刀紋，經(jīng)分析為理論粗糙度，可將主偏角改為90°，副偏角改為2°～3°，進(jìn)一步消除振動(dòng)及由理論粗糙度造成的殘留面積高度。 (end)