请联系客服QQ
艾特贸易网首页

艾特贸易网

PCBN刀具铣削淬火钢时切削用量的选择

提示:

PCBN的硬度仅次于金刚石,对铁族元素具有高化学惰性,因此,PCBN刀具非常适合于淬火钢和淬火铸铁的切削加工。但由于其抗弯强度和抗冲击性能较差,在进行断续切

    PCBN的硬度仅次于金刚石,对铁族元素具有高化学惰性,因此,PCBN刀具非常适合于淬火钢和淬火铸铁的切削加工。但由于其抗弯强度和抗冲击性能较差,在进行断续切削时,选择合适的切削用量,对于防止刀具破损,提高刀具寿命具有非常重要的意义。本文采用角正交回归试验法和单因素试验法,研究PCBN立铣刀精密铣削Cr12MoV等淬火钢材料时切削用量对刀具寿命的影响规律,以期为使用者提供一些选用该类刀具的参考数据。

1.试验条件

工件材料:Cr12MoV和45钢,淬火回火硬度分别为59-61HRC和50-53HRC;试验设备:X53K
立式铣床;加工方式:采用PCBN可转位圆刀片单
齿铣削;刀具几何参数:go=-10°,a=10°,ls=15°,刀片直径f14mm。

2.T-V关系试验

 
图1 T-V关系曲线

基于淬火钢高温软化切削机理,选择合适的切削速度十分重要,它可在切削区形成一定的切削温度,从而降低切削力,防止刀具破损,提高刀具寿命。本文采用单因素试验法进行T(刀具寿命)-V(切削速度)关系试验。

T-V试验的切削条件:ap=0.1mm,af=0.1mm/Z
,工件材料Cr12MoV,刀具磨钝标准 VBmax
=0.3mm。切削速度V分为四档: 132.8m/min, 169.6
m/min, 212.0m/min,268.5m/min。T-V关系曲线
如图1所示。由试验结果可知,当V<169.6m/min
时,T随V的升高而增大;当V>169.6m/min时,T
随V的升高而减小,此时T-V关系符合泰勒公式,
经回归处理,T=e7.489V-1.028

3. T-f(V, ap, af)关系试验

为了减少试验工作量,本文采用陈章燕所著《研究切削过程的新方法》(载于北京工业学院学报1989年第6期)推荐的角正交回归试验法进行试验设计和数据处理,各切削用量分别为:V1=169.6m/min,V2=268.5m/min,ap1=0.05mm,ap2=0.15mm,af1=0.08mm/Z,af2=0.15mm/Z。试验结果如表1及图2所示。

 
表1 刀具寿命的数据编码资料

 
图2 T-f(V, ap, af)试验点磨损曲线

采用《研究切削过程的新方法》介绍的试验数据处理方法,经处理后得到的刀具寿命公式为

T=e5.662V-1.358af-1.158ap-0.371

 
图3 刀具磨损曲线

4. 试验结果分析

从试验所得的刀具寿命公式来看,在切削用量诸因素中,铣削速度V对刀具寿命影响最大,进给量af次之,铣削深度ap的影响最小。因此,在使用PCBN刀具端铣淬火钢材料时,首先可选用稍大的铣削深度,但铣削深度的增加将使切削力明显增大,从而引起整个工艺系统振动加剧,严重时可导致刀具破损,因此铣削深度也不宜过大,本文推荐选用ap=0.05-0.2mm。如果工件材料的硬度和强度较低,机床刚性较好,ap值可取上限。

在用PCBN刀具铣削淬火钢材料的端面时,应注意进给量的选择,进给量选择不当是引起刀具破损的主要原因之一。对于<55HRC的淬火钢,推荐使用af=0.1-0.4mm/Z;对于>60HRC的淬火钢,推荐使用af=0.05-0.12mm/Z。

从图1可看出,用PCBN刀具铣削淬火钢时,切削速度存在一个下限,低于此下限,刀具将出现早期破损或寿命急剧下降。加工不同工件材料时,切削速度的下限值各不相同。一般说来,高合金钢(模具钢、高速钢等)在切削区发生高温软化的温度较低,低合金钢或普通碳素钢则较高。因此,加工高合金钢时,切削速度的下限值也相应高一些,本文推荐选用V=150-200m/min;加工低合金钢和碳素工具钢时,推荐选用V=100-200m/min。

作者对前述结果进行了验证性试验。工件材料为45钢,硬度50-53HRC,切削用量:V=132.8m/min,af=0.32mm/Z,ap=0.1mm,刀具磨损曲线如图)所示。试验结果表明,当VBmax=0.3mm时,T=39min,可见用PCBN刀具铣削淬火钢端面时,只要切削用量和刀具几何参数选择恰当,即可获得比较满意的效果。

5 刀具磨钝标准

PCBN刀具铣削淬火钢时,磨损主要发生在后刀面上,前刀面的磨损相对较小,因此,刀具磨钝一般以后刀面最大磨损量VBmax作为标准。从图3可知,当VBmax>0.3mm时,刀具磨损速度显著加快;当VBmax≈0.25mm时,加工表面粗糙度开始变得不稳定(见图4)。综合考虑刀具寿命、加工表面粗糙度、刀片重磨的方便性和使用的经济性等因素,本文推荐PCBN刀具铣削淬火钢时的磨钝标准为VBmax=0.25-0.3mm。

 
图4 VBmax对Ra的影响

6 结论

(1)用PCBN刀具切削淬火钢的生产效率大大高于磨削加工,在本试验中,加工表面粗糙度均在Ra0.3-0.9µm之间,与磨削表面近似。因此,采用PCBN刀具加工淬火钢,完全可实现“以铣代磨”。

(2)在切削用量各因素中,铣削速度对刀具寿命的影响最大,进给量次之,铣削深度影响最小。

(3)加工硬度和强度较低的淬火钢(<55HRC,sb<180kgf/mm²),本文推荐如下铣削用量:V=100-200m/min,ap=0.05-0.2mm,af=0.1-0.4mm;加工中等硬度、较高强度的淬火钢(>60HRC,sb>200kgf/mm²),本文推荐的铣削用量为:V=150-200m/min,ap=0.05-0.2mm,af=0.05-0.12mm。

(4)推荐以VBmax=0.25-0.3mm作为PCBN刀具的磨钝标准,当淬火钢硬度较低而工艺系统刚性较好时,磨钝标准应取上限。

(责任编辑: 佚名 )