引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械制造業(yè)也在突飛猛進(jìn),要在機(jī)械制造業(yè)獲得較好的收益,除了加工的零件精度達(dá)到要求外,提高加工效率也很重要。對(duì)于需要加工孔的零件,在保證孔的位置精度及尺寸精度的前提下,要盡可能提高加工效率,使其獲得效益的最大化。在材料為灰鑄鐵(HT200)的零件上加工直徑為小10、深為15mm的多孔(如圖1所示的零件)。該零件要加工等直徑和等深度的多孔,并有位置精度及尺寸精度的要求,孔的位置精度可以由數(shù)控鉆床的程序保證,孔的尺寸精度用小10的鉆頭來(lái)滿(mǎn)足要求,那么如何才能提高加工效率就成為一個(gè)重要的問(wèn)題。

1刀具、工件的特性和高速鉆削的轉(zhuǎn)速

1.1硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭的特性

硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭硬度高(達(dá)90HRA,相當(dāng)于72HRC),耐磨性好,耐高溫性能好(能耐800~1000C的高溫),化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。其化學(xué)成分、物理和力學(xué)性能如表1所示。

另外,硬質(zhì)合金(YG6)材料的鉆頭切削速度比高速鋼高4~10倍,耐用度比高速鋼高幾倍到幾十倍,但硬質(zhì)合金(YG6)材料的鉆頭整體制造復(fù)雜,故在高速鉆削時(shí)采用硬質(zhì)合金(YG6)鑲嵌式鉆花。

1.2灰鑄鐵(HT200)的加工性能

灰鑄鐵(HT200)的組織由片狀石墨和鐵基體組成,其具有良好的耐磨性能、消振性能、切削性能和抗壓性能,最低抗拉強(qiáng)度為200MPa?；诣T鐵(HT200)為脆性材料,因抗拉強(qiáng)度低,鉆削時(shí)未經(jīng)塑性變形就在鉆削力作用下脆斷,故切屑為不規(guī)則的碎塊狀。

1.3高速鉆削的轉(zhuǎn)速

高速鉆削是指在比常規(guī)鉆削速度高出很多的情況下進(jìn)行的鉆削加工。鉆削的切削速度(單位為m/min)可由以下公式計(jì)算:

式中,d為鉆頭直徑(mm):u為主軸轉(zhuǎn)速(r/min)。

鉆頭的直徑為10mm,切削速度由主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)決定。常規(guī)鉆削時(shí),主軸轉(zhuǎn)速要根據(jù)刀具磨損、工件材料、加工精度、潤(rùn)滑等情況來(lái)確定,一般控制在100~1000r/min。對(duì)于高速鉆削,主軸轉(zhuǎn)速在常規(guī)轉(zhuǎn)速的10倍以上,就按10000r/min來(lái)分析主軸轉(zhuǎn)速。

2影響小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵工件的因素

小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),切削力、切削溫度及排屑等對(duì)鉆頭的耐用度及工件的加工質(zhì)量有影響。

2.1高速鉆削時(shí)切削力對(duì)鉆頭的影響

在高速鉆削時(shí),切削力主要與切削速度、進(jìn)給速度有關(guān)。切削力隨切削速度的增大而增加,但隨著切削速度的進(jìn)一步提高(主軸轉(zhuǎn)速達(dá)10000r/min以上),切削慣性力增大,其增加幅度比剪切力減少幅度小很多,故在高速范圍內(nèi),切削速度的提高最終導(dǎo)致切削力的降低[2]:另外,切削力隨進(jìn)給速度的增大而增加,切削力的增大會(huì)使刀具的耐用度降低,如果切削力進(jìn)一步增大還會(huì)使鉆頭崩刃。用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),要對(duì)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度加以控制,來(lái)保證切削力不對(duì)鉆頭有不利的影響。

2.2高速鉆削時(shí)切削溫度對(duì)鉆頭的影響

用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),切削溫度主要與切削速度有關(guān)。隨著切削速度的提高,開(kāi)始切削溫度升高很快,但達(dá)到一定速度后,切削溫度的升高逐漸放緩,甚至很少升高。另外,切削速度越高,被切屑帶走的熱量越多,切屑溫度升高得多而鉆頭溫度升高得少。

2.3高速鉆削時(shí)的排屑

高速鉆削時(shí),由于切削速度較大,單位時(shí)間內(nèi)切屑的數(shù)量就較多,排屑就成為一個(gè)重要的問(wèn)題。排屑不暢會(huì)影響刀具的使用壽命,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鉆頭磨損或折斷,同時(shí)也會(huì)影響工件的表面質(zhì)量。通常切屑的類(lèi)型(帶狀切屑、鋸齒形切屑、節(jié)狀切屑、崩碎切屑)對(duì)排屑有一定的影響。用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),工件為脆性材料,灰鑄鐵(HT200)的塑性很小,抗拉強(qiáng)度也很低,鉆削時(shí)未經(jīng)塑性變形就在拉應(yīng)力作用下脆斷,故產(chǎn)生的切屑是崩碎切屑,切屑呈不規(guī)則的碎塊狀,表面凹凸不平。

3小31硬質(zhì)合金(0YG)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵工件的一些處理措施

用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),切削力、切削溫度及排屑對(duì)鉆頭的磨損及使用壽命和工件的表面質(zhì)量都有影響。因此要對(duì)鉆頭、切削溫度及排屑加以控制,來(lái)保證鉆頭的正常使用和得到表面質(zhì)量較好的工件。

3.3調(diào)整小31硬質(zhì)合金(0YG)鉆頭的幾何參數(shù)

用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),切削力及切削溫度逐漸降低而趨于平穩(wěn),排屑變得困難。在高速鉆削時(shí),要對(duì)鉆頭的幾何參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。鉆頭的幾何參數(shù)主要有螺旋角、頂角、主偏角、前角、后角等,其中螺旋角、頂角對(duì)鉆頭的強(qiáng)度及排屑影響較大。螺旋角(8)是指鉆頭螺旋槽上最外緣的螺旋線(xiàn)展開(kāi)成直線(xiàn)后與鉆頭軸線(xiàn)之間的夾角。螺旋角不僅影響排屑,而且影響切削刃強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的螺旋角8=l8О~38О,在高速鉆削時(shí),磨鉆頭螺旋角至35О左右(圖2)有利于排屑且保證刀具強(qiáng)度。頂角是指鉆頭的兩條切削刃在它們平行的平面上投影的夾角。頂角越小,主切削刃越長(zhǎng),單位切削刃上負(fù)荷便越輕,但頂角過(guò)小,則鉆頭強(qiáng)度減弱,扭矩增大,鉆頭易折斷。在高速鉆削時(shí),頂角磨至l20О(圖2)有利于散熱和提高刀具耐用度。

3.2鉆頭開(kāi)分屑槽

用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),鉆削速度快,排屑量大,排屑變得困難,而且切屑與工件表面產(chǎn)生較大摩擦,易刮傷已加工表面,并且可能阻塞在容屑槽中卡死鉆頭,因此,排屑問(wèn)題是高速鉆削首先需要解決的問(wèn)題。為了更好地排屑,在鉆頭上磨出分屑槽(圖3)。

圖3分屑槽

3.3采用高壓冷卻液

鉆削時(shí)如不加冷卻液時(shí),工件吸收的熱量約占52.5%,鉆頭約占l4.5%,切屑約占28%,而介質(zhì)約占5%。用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),雖然所產(chǎn)生的切削溫度隨切削速度的增加提高不大,但排屑與工件摩擦?xí)?dǎo)致溫度的提高。普通的冷卻方式雖然可以起到冷卻作用,但對(duì)鉆頭的使用壽命不利,也對(duì)排屑不利。為了更好地冷卻、順利地排屑和延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命,應(yīng)采用高壓冷卻液。高壓冷卻液是指壓力達(dá)到8MPa以上、流量約達(dá)5L/min的冷卻液。高壓冷卻液可以使硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),更好地排出切屑,獲得更長(zhǎng)和更穩(wěn)定的刀具壽命,確保良好的冷卻液流動(dòng),讓鉆削過(guò)程更安全。

6結(jié)語(yǔ)

用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件時(shí),切削力、切削溫度、排屑等對(duì)鉆頭有較大的影響,但可以通過(guò)控制進(jìn)給速度、調(diào)整鉆頭的幾何角度、開(kāi)排屑槽及采用切削冷卻液等方法來(lái)降低切削力、切削溫度,改善排屑,從而保證鉆頭的耐用性,本文通過(guò)試驗(yàn)得以驗(yàn)證。采用本文所述方法,用小10硬質(zhì)合金(YG6)鉆頭高速鉆削灰鑄鐵(HT200)工件,可以使工件的表面質(zhì)量大幅提高,也提高了鉆削機(jī)加工的效率,進(jìn)而提高了鉆削加工的經(jīng)濟(jì)利益。