1 刀具的材料结构及其几何参数
- 材料
- V30开门机轮轴使用的材料是超硬铝合金LC4,硬度150HB<8HRC(177HB相当8HRC)。工件外圆上要加工10个小槽,加工精度高,形状复杂,吃刀宽度长。鉴于工件的材料硬度及形状特点,我们选择了W18Cr4V高速钢。
- 1.2 刀具结构
- 成形车刀可分为片形(平体)和圆形两种:圆形成形刀的寿命要比片形(平体)成形刀长。这种成形刀制造工艺复杂,成本高。为此我们选用了片形(平体)成形刀,它是由片状刀片和刀杆组成的,刀杆与刀片是分体的,刀片的互换性好,刀杆可重复使用。刀片加工只需加工上下面与后角,刀具前角在安装时自然形成。刀具制造工艺性好、周期短,成本低是这类成形刀的最大特点。DS/1006梳形成形刀是片形平体结构(图2)。刀具结构为机夹刀的模式。刀刃是10个齿形的梳形结构。10个齿前面还有一个定位面,是为了保证工件上第一个齿的中心线到端面的1.8mm。这样既能保证质量,使用又方便。刀杆的定位面要求粗糙度 Ra0.8µm,是为了刀具安装时,可调整梳形刀的刀刃与工件的轴心线平行,以保证工件10个小槽的形状正确,深度一致。
图2 刀具简图 - 成形车刀可分为片形(平体)和圆形两种:圆形成形刀的寿命要比片形(平体)成形刀长。这种成形刀制造工艺复杂,成本高。为此我们选用了片形(平体)成形刀,它是由片状刀片和刀杆组成的,刀杆与刀片是分体的,刀片的互换性好,刀杆可重复使用。刀片加工只需加工上下面与后角,刀具前角在安装时自然形成。刀具制造工艺性好、周期短,成本低是这类成形刀的最大特点。DS/1006梳形成形刀是片形平体结构(图2)。刀具结构为机夹刀的模式。刀刃是10个齿形的梳形结构。10个齿前面还有一个定位面,是为了保证工件上第一个齿的中心线到端面的1.8mm。这样既能保证质量,使用又方便。刀杆的定位面要求粗糙度 Ra0.8µm,是为了刀具安装时,可调整梳形刀的刀刃与工件的轴心线平行,以保证工件10个小槽的形状正确,深度一致。
- 几何角度选择
- 前角g0 成形刀具的前角,为保证其形状,常取较小值,但是加工铝材时又可用大前角。综合考虑各方面因素和有关资料的数据,DS/1006成形车刀的前角选取8°。刀刃各处的法向前角是不相等的,法向前角从8°~0°,又从0°~8°。
- 后角a0 成形车刀的刃形复杂,后角一般常取较小值,加工铝材可用较大后角。综合考虑各方面因素,决定成形刀的后角选取a0=10°。刀刃各处的法向后角也是不相等的,法向后角从10°~0°,又从0°~10°。
2 切削力的计算
- 被加工件加工表面的展开长度
- 被加工件加工表面的展开长度(图3)
- 已知:齿顶圆角R=0.4mm,r=0.2mm,齿形角为40°,齿间距为2.34mm。利用ΔABC求出
- 在四边形AEOE′中
- 在四边形BF′O′F中
- 一个槽长
- 10个槽长为:50.1mm
- 可见计算出的加工展开长为50.1mm
- 切削力计算
- 有关资料论述:“铝合金有良好的切削性能,切削力比切削黄铜与钢时小得多,在切削量相同时,刀具所受的力及能耗也比切削黄铜与钢相应的低不少”。根据切削力公式
图3 槽形尺寸Fz=CFzaxFzpfyFzvnFzkFz 公式中CFz=490,xFz=1,yFz=1,nFz=0 - 当成形车削刀具宽度≥50mm,进给量f=0.025~0.055mm/r时,将进给量分别代入上式可得
Fz=490×50.111×0.0251×1×kFz=614kFz
Fz=490×50.111×0.0551×1×kFz=1350kFz- kFz是切削力的修正系数,由被加工材料的机械性能、前角、主偏角、刀尖圆弧半径等所决定。加工钢材时切削力的经验公式为:Fz=2000apfv,加工铸铁时切削力的经验公式为:Fz=1000apfv。也就是说加工钢材时它的切削力为2000N左右,加工铸铁时它的切削力为1000N左右。与上面数据比较,证明这把成形刀的切削力是可行的。
- 有关资料论述:“铝合金有良好的切削性能,切削力比切削黄铜与钢时小得多,在切削量相同时,刀具所受的力及能耗也比切削黄铜与钢相应的低不少”。根据切削力公式
3 刀具耐用度
耐用度T(min) | 500 | 1000 | 2372 | 4000 | 7915 | |
切削速度 v(m/min) |
外圆纵车 | 63.7 | 52.5 | 41.2 | 35.6 | 29.4 |
成形车削 | 54.2 | 44.6 | 35.0 | 30.3 | 25.0 |
4 切削用量的选择
- 吃刀量ap DS/1006成形刀的吃刀量是变化的,随着吃刀深度的增加吃刀量由小到大直至50.11mm。
- 进给量f 粗加工时限制进给量的主要因素是切削力,精加工时限制进给量的主要因素是表面粗糙度。DS/1006成形刀粗加工时吃刀量由小变大,为确保切削力不至于太大,选择进给量从0.20mm/r开始逐渐变小,进入精加工时一直变小到0.02mm/r。
- 切削速度v 当ap和f 选定后在此基础上选择切削速度v。切削速度受到刀具耐用度的限制,必须在保证刀具的合理耐用度下选最大的切削速度。在车削过程中,冷却液采用煤油。经过以上刀具切削力、耐用度的分析再加上多年的加工经验,最后切削用量为:在加工全过程中,先后用二种切削速度来加工。切削初期粗加工时吃刀宽度不大,切削速度用35m/min,进给量较大为0.20~0.05mm/r,随着切削宽度的增加,切削力也逐渐增加,此时减小进给量。当切削宽度达到30mm左右时变换切削速度为25m/min,进给量取0.05~0.02mm/r,逐渐减小。经过这种方法加工的零件完全达到技术要求,且生产效率提高10倍,降低了生产成本。
5 结论
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