在零件內孔車削特別精車過程中,加工刀具的振動最終會影響到零件的尺寸精度和外表質量,同時也會影響刃具及根底主軸的壽命,因而我們在加工中盡可能地防止振刀現(xiàn)象的發(fā)作。
傳統(tǒng)的機械加工處理刀具振動的最終結果通常是降低制造效率。隨著現(xiàn)代金屬切削加工技術的不時開展,特別是現(xiàn)代數(shù)控刀具構造的迭代更新,為有效處理內孔切削振動問題提供了新途徑和新辦法。
本文從工程理論角度闡述了典型的減少內孔切削振動的處理辦法。
01
采用重金屬/硬質合金刀體減輕振動
阻尼避振刀具技術呈現(xiàn)之前,機加工業(yè)內普遍采用改動刀體的資料抵達減輕刀具振動的目的。
即把采用普通合金鋼制造的刀體改為采用重金屬制造,或者整體采用硬質合金制造的刀體,如圖1所示。刀體裝夾懸伸長度與刀體直徑之間產(chǎn)生避振效果的長徑比可達4~6。
但許多工程理論經(jīng)歷標明,在相同長徑比的情形下,采用重金屬刀體的內孔車削消振效果不如整體硬質合金刀體。表1所示為各種材質的刀體裝夾懸伸長度與刀體直徑長徑比。
用采用重金屬和整體硬質合金制造的刀體,重量增加了許多,價錢也貴,總體來看應用并不普遍。
02
應用阻尼技術避振刀體減輕振動
通常狀況內孔切削車刀受力是一個較為復雜過程,假如僅僅依托進步刀體的彈性模量難以從基本處理刀具振動問題,同時會降低制造效率以及刀具刃口的平安性。批量消費中,假使對深孔停止平安有效地加工,則必需采用阻尼避振刀體。
鋼刀體和硬質合金刀體都能夠選用帶有減振器的構造,以增大刀體可用的長徑比。
SilentTools的設計包括:一塊浸入特種油狀液體中由起彈簧作用的橡膠軸襯懸掛的重金屬塊。特種油狀液體將吸收切削過程產(chǎn)生的振動能量,且經(jīng)過能量轉化將振動能量轉換為熱量。
借助于內孔車刀體上的螺釘來調整重金屬塊的慣量,優(yōu)化振動頻率,調理橡膠軸襯懸架的張力,使減振效果到達最佳狀態(tài)。內孔車刀體還設有內冷卻通道,優(yōu)化排屑效果。
圖3所示的肯納金屬車刀體則在設計時組合了幾種比擬理想的特征:包括高剛性的硬質合金刀體;質量為硬質合金一半的鋼襯套位于內孔車刀體前端,以產(chǎn)生更高的固有頻率(與硬質合金刀柄熱配合);內孔車刀體前端的槽能夠減輕重量、進步固有頻率; 減振器組合體衰減振動等。
03
選擇適宜切削條件減輕振動
3.1
采用90°主偏角有利于減少徑向力,從而減輕振動
內孔車削刀具的主偏角影響徑向力、軸向力以及合成力的方向和大小。主偏角增大招致軸向切削力增大,而主偏角減小則招致徑向切削力增大。
由于軸向切削力朝著機床主軸方向普通狀況不會對加工產(chǎn)生負面影響,因而,選擇較大的主偏角是有利的。
90°主偏角常常內孔車削的首選,經(jīng)過鏜體軸直接傳回進給力,使變形和振刀最小化。45°或者75°主偏角內孔車刀徑向力常常會使刀體發(fā)作變形,從而招致振刀,見圖4。
3.2
在徑向切削深度一定狀況下,減少刀尖圓弧
半徑可減輕振動
在內孔車削工序中,應首選小刀尖半徑。刀尖半徑增大,徑向和切向切削力也會隨之增大,并且,還會帶來增強振動趨向的隱患。另一方面,刀具在徑向上的偏斜會遭到切削深度與刀尖半徑之間相對關系影響,見圖5。
當切削深度小于刀尖半徑時,徑向切削力隨著切削深度的加深而不時增加。切削深度等于或大于刀尖半徑,徑向偏斜將由主偏角決議。選擇刀尖半徑的經(jīng)歷規(guī)律是刀尖半徑應稍小于切削深度。
這樣,能夠使徑向切削力最小。同時,在確保徑向切削刀最小的狀況下,運用最大刀尖半徑可取得更鞏固的切削刃、更好的外表紋理以及切削刃上更平均的壓力散布。
3.3
在堅持刀具一定耐用度狀況下,刀尖角越小越好
較小的刀尖角度會確保切屑的外形分歧,并增加容屑空間,確保更好的排屑性能。較小的刀尖角,副主偏角較大,副切削刃與被加工面的顫抖很難轉化為振動。較大的刀尖角度招致切削刃嚙合量過大,從而招致振動,見圖6。
3.4
運用正前角刀片槽型
刀片槽型對切削過程有著決議性的影響,內孔加工普通選用切削尖利,刃口強度高的正前角槽型刀片,以減小內孔車削時的切削力。
圖7上圖是用于內孔車削和鏜削的刀片。刀片的斷屑槽是磨削構成的貫穿槽, 常規(guī)的車刀片斷屑槽普通是經(jīng)過壓制燒結的封鎖槽。磨削的槽比燒結的槽刃口尖利一些,也是降低切削力的一個辦法。
采用正前角,具有平穩(wěn)切削性能槽型的刀片,從而降低切削力,見圖8。PVD刀片為首選,較薄的涂層能夠確保較小的刃口處置。
3.5
車刀刃口處置的選用
刀片的切削刃倒圓(ER)也會影響切削力。普通而言,非涂層刀片的切削刃倒圓比涂層刀片(GC)的倒圓要小,這一點應予以思索,特別是在長刀具懸伸和加工小孔時。刀片的后刀面磨損(VB)將改動刀具相對孔壁的后角,并且,這還可能會成為影響加工過程切削作用的本源。
04
改善刀體的夾持方式從而減輕振動
刀具的夾持穩(wěn)定性和工件的穩(wěn)定性,在內孔加工中也十分重要,它決議了加工時振動的量級,并決議這種振動能否會加大。刀體的夾緊單元滿足所引薦的長度、外表粗糙度和硬度是十分重要的。
刀體的夾緊是關鍵的穩(wěn)定要素,在實踐加工中,刀領會呈現(xiàn)偏斜,刀體的偏斜取決于刀體資料、直徑、懸伸、徑向、切向切削力,以及刀體夾緊方式。
關于普通刀體而言,夾緊系統(tǒng)將刀體在圓周上完整夾緊的方式可取得最高的穩(wěn)定性。整體支撐要好于螺釘直接夾緊的刀體,用螺釘將刀體夾緊在V型塊上較為合適,但不引薦用螺釘直接夾緊圓柱柄刀體,由于螺釘直接作用在刀體上會損壞刀體。
圖9是兩種內孔車刀的裝夾方式。前者是用螺釘直接壓住壓力面,后者是經(jīng)過啟齒夾套夾緊刀體。螺釘壓緊的方式刀體和孔的接觸面積比擬小,刀體的穩(wěn)定性較差,比擬容易呈現(xiàn)振動;啟齒夾套的方式則是整個夾套緊緊地箍住刀體,剛性大大增強,抗振性能就好了許多。
關于進步內孔車刀體抗振性能,筆者引薦如下經(jīng)歷,可供讀者參考:
(1)為了確保內孔車刀體充沛地夾緊接觸面積,請求刀座夾持孔外表粗糙度值約為 Ra1.0;
(2)引薦的夾緊長度為4d。倡議對直徑超越200mm的內孔車刀體,由于質量很大,夾緊長度為6d;
(3)運用大直徑內孔車刀體時,可采用兩段式刀座;
(4) 引薦運用啟齒襯套來夾持的圓柄內孔車刀體。襯套夾持孔極限偏向為H7,資料最小硬度為45HRC (避免永世性變形)。
05
采用內冷方式減輕振動
內孔車削加工中,排屑關于加工效果和平安性能的影響也十分重要,特別是在加工深孔和盲孔時尤為如此。較短的螺旋屑是內孔車削較理想的切屑,該類型切屑比擬容易被排出,并且在切屑折斷時不會對切削刃形成大的壓力。
加工時切屑過短,斷屑作用過于激烈,會耗費更高的機床功率,并且會有加大振動的趨向。
而切屑過長會使排屑更艱難,向心力將切屑壓向孔壁,殘留的切屑被擠壓到已加工工件外表,就會呈現(xiàn)切屑梗塞的風險進而損壞刀具。
因而,停止內孔車削時,引薦運用帶內冷的刀具。這樣,切削液將會有效地把切屑排出孔外。
加工通孔時,也可用緊縮空氣替代切削液,經(jīng)過主軸吹出切屑。另外,選擇適宜的刀片槽型和切削參數(shù),也有助于切屑的控制和排出。
06
完畢語
高效率深孔車削加工是一個請求十分棘手的課題,現(xiàn)代金屬切削技術為處理內孔車削振動提供了多種途徑和辦法。
但在很多場所下,要綜合思索眾多的切削條件,合理選擇最適合的刀具構造,并分離機床本身條件和工件的加工工藝作出正確斷定。