刀具磨损与切削用量关联度试验分析研究.docVIP

刀具磨损与切削用量关联度试验研究-机械制造论文 刀具磨损与切削用量关联度试验研究 潘建新1，潘祎2 （1.湖南科技职业学院实习实训指导中心，湖南长沙，410004） （2.徐州医学院医学影像学院，江苏徐州，221004） 摘要：文章通过对POLMAX材质试件在不同切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律。研究结果表明：YG类涂层硬质合金刀具加工淬硬POLMAX不锈钢时，低速阶段主要表现为粘结磨损，高速阶段主要表现为氧化磨损与扩散磨损；切削用量中切削速度对刀具磨损影响最大，当切削速度较低时（小于50m/min）刀具磨损量几乎保持在同样的水平，而当切削速度达到120m/min以上时，刀具磨损量急剧上升。 关键词 ：刀具磨损；切削用量；关联度 中图分类号: TG506.1 1 前言 随着人们对塑料产品外观质量要求的不断提高，高光洁度模具材料应用越来越普遍。POLMAX是瑞典ASSAB的光学级（表明粗糙度值在0.3-0.7μm之间）镜面塑胶模具钢，具有优良的抛光性、耐腐蚀性、耐磨性和可加工性，广泛应用于对产品表面质量有严格要求的光学、医疗和CD/DVD等领域，是制造高光洁度模具的必备材料。然而，对该材料切削工艺知识的缺乏，又往往造成切削效率降低、刀具寿命缩短、加工质量变差等问题，特别是刀具磨损问题，成为影响POLMAX切削效率的主要原因之一。本文通过对POLMAX材质试件在不同切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律，研究结论对生产实际有一定的指导作用。 2 刀具磨损形式及过程 刀具磨损形式一般为前刀面月牙洼磨损、后刀面均匀磨损以及副后刀面由摩擦引起的沟槽磨损[1]。随着切削时间的增加，切削温度升高，刀具材料和工件材料还会发生粘结，两者产生相对运动粘结点产生剪切破坏，将刀具材料粘结颗粒带走造成刀具的粘结磨损。无论何种磨损形式，刀具的磨损过程和一般机械零件的磨损规律相同，如图1所示，分为三个阶段：初期磨损阶段（AB段）、正常磨损阶段（BC段）和急剧磨损阶段（CD段）[2]。 3 切削用量对刀具磨损的影响试验 3.1 试验方案 本试验主要研究切削速度对刀具磨损的影响规律，试验用刀具采用涂层刀片，油雾冷却方式，切削速度的水平设定为：35、50、80、120、160m/min。测量内容主要是观察刀具磨损形貌并测量后刀面磨损量。后刀面磨损量的测量方案是：试件加工一定长度后观察刀片磨损情况，当后刀面为均匀磨损时，取磨钝标准为平均磨损量达到0.3mm；当后刀面为剧烈磨损时，取磨钝标准为最大磨损量达到0.6mm。具体取点测量方案如表1所示。 试件所用材料为POLMAX不锈钢，淬火后硬度达到HRC52，属典型的难加工材料。选择进给量时主要考虑机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金刀片的强度和工件的装夹刚度等因素。因是半精加工，切削深度不会很大，而且，较大的切削深度也会加快刀具的磨损。本试验中主要研究切削速度对刀具磨损的影响，根据《金属切削手册》及《株洲钻石切削刀具股份有限公司刀具样本》中的推荐值，选取切削深度和进给量分别为ap=0.3mm、f=0.2mm/r。切削速度是影响刀具磨损和刀具寿命的主要因素，因此，在选择切削速度时要充分考虑工件材料、刀具强度、机床刚性等各种因素。在目前国内的研究中，切削淬硬POLMAX不锈钢时的切削速度都比较低，普通切削时，速度一般设定为40-60m/min，高速切削时，速度可以达到200m/min左右[3]。根据前面确定的切削深度和进给量， 通过查表或计算的方法 选用35m/min、50m/min作为普通切削速度，高速切削阶段选用三组较高的速度，分别为：80m/min、120m/min、160m/min。 3.2 试验条件 3.2.1试件材料 本次试验采用棒料POLMAX不锈钢，直径为150mm，长度为800mm。该材料的化学成分如表2所示[4]。 3.2.2加工设备 (1)机床的选择 本试验选用沈阳机床股份有限公司生产的CAK6150数控车床（机床外观如图2所示）。该机床适合于铝合金、石墨、淬硬钢及超硬合金等材料的高速高精加工。其主要性能指标为：最大工件回转直径500mm，最大车削直径300mm，最大车削长度850mm，刀架工位数4工位，刀架最大X向行程250mm，最大Y向行程600mm，主轴电动机功率7.5kw，主轴转速可在40-1800r/min