如何利用刃口鈍化技術(shù)提高切削效率
鈦金屬因其自身的材料特性，在未來(特別是在航空工業(yè)中)將起到越來越重要的作用。鈦金屬具有強(qiáng)度高、韌性好、導(dǎo)熱率低以及特殊的抗腐蝕能力等特點。隨著碳 纖維(CFU)被大量用作航空構(gòu)件材料，鈦金屬零部件的應(yīng)用也隨之增加，這是因為鈦金屬與CFK匹配使用時，兩者間產(chǎn)生的電化學(xué)電位差比鉛金屬與CFK之 間的電位差要低。今后，會有更多更大的結(jié)構(gòu)部件用鈦金屬制造，這就對切削加工的工藝設(shè)計提出了要求，必須提供能適應(yīng)鈦金屬加工的高效銑削工具。
為了提高銑削加工效率，除了在刀具宏觀幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計上下功夫以外，改變其微觀幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)也是途徑之一。這里，首先要提到對提高切削效率起著重要 作用的刃口鈍化處理工藝。按照人們目前的認(rèn)識，在加工鈦金屬時，使用刃口鋒銳的刀具對提高切削效率是有益的。以下介紹的試驗結(jié)果顯示，盡管鈦金屬有這樣的 材料特性，但通過適當(dāng)改變刀具微觀幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，同樣可以起到提高切削效率的作用。
具有高復(fù)現(xiàn)性的刃口鈍化處理技術(shù)
刀具刃口鈍化的方式通常有用刷子刷、噴丸、滾筒拋光等。本文介紹一種較新的刃口鈍化處理——磁精密修整技術(shù)。在兩磁頭之間充滿由磁性顆粒混合而成的沖刮 介質(zhì)，兩磁頭以不同的速度旋轉(zhuǎn)，被處理刀具置于兩磁頭之間，在充滿刮削介質(zhì)的流體中作旋轉(zhuǎn)運動，介質(zhì)對刀具的刃口、后面、前面和刃溝進(jìn)行沖刷。這種方法也 可用于處理PVD涂層刀具。
由于刀具刃口的幾何形狀不完全對稱，其鈍化程度也不均勻。為了能清楚地描述任意一個切削刃口的幾何結(jié)構(gòu)， 特采用以下一些參數(shù)：前面節(jié)段Sγ，后面節(jié)段Sα，節(jié)段比例K，半徑間距△r。以往的研究表明，刃口經(jīng)鈍化處理后，對刀具的切削效率有很大影響。經(jīng)過目前 進(jìn)一步研究，人們發(fā)現(xiàn)，刀具刃口經(jīng)過非對稱均勻鈍化處理，其切削加工性能優(yōu)于對稱均勻鈍化處理的刀具性能。
本技術(shù)用于刀具刃口鈍化的調(diào)整參數(shù)包括：刀具旋轉(zhuǎn)方向;磁頭旋轉(zhuǎn)方向;刀具旋轉(zhuǎn)速度;磁頭旋轉(zhuǎn)速度;兩磁頭間距;處理過程時間;刀具在磁頭間的位置;浸沒深度;沖刮介質(zhì)粒度。
磁頭間距和鈍化處理時間對處理效果有很大的影響。延長鈍化處理時間，刃口鈍化程度隨之加大，但加大程度呈遞減趨勢。因此，為了進(jìn)一步加大鈍化量，就需要耗費更多時間和材料。
若刃口鈍化處理時間恒定不變，兩磁頭的間距越小，刃口鈍化量就越大，這是因為間距減小時，刮削介質(zhì)比間距較大時能更多、更牢地吸附在刃口表面，在刀具和磁頭作旋轉(zhuǎn)運動時，較高的介質(zhì)吸附力會對刃口形成較大壓力，從而使刃口表面材料獲得更佳的刮削效果。
刃口鈍化能提高刀具耐用度
從經(jīng)過刃口鈍化處理的刀具(如一把帶4個切削刃的整體硬質(zhì)合金銑刀，直徑D=16mm，螺旋角λ=40°，前角γ=12°，徑向后角α=10°)的微觀形狀可以清楚地看到，刀具刃口經(jīng)過精密修整處理后，除刃口被鈍化外，刃溝表面也被拋光。
用經(jīng)過刃口鈍化處理的刀具，按傳統(tǒng)的切削參數(shù)進(jìn)行加工時，其使用壽命可提高70%。刃口鈍化量越大，刀具的耐磨損性能越好。未經(jīng)鈍化處理的刀具在切削加 工時，刃口部位會因細(xì)微破損而出現(xiàn)較大磨損，而這種現(xiàn)象在經(jīng)過刃口鈍化處理的刀具上很少發(fā)生，這是因為在切削加工中，切削刃上會產(chǎn)生很大壓力，并在經(jīng)鈍化 處理的刀刃上形成一些粘結(jié)物，從而使刀刃變得更堅固而不易磨損。
刀具經(jīng)過鈍化處理后，刃口的切削性能更加穩(wěn)定，這對提高鈦金屬的加工效率尤為重要。由于可有效避免刃口破損，因此，刀具磨損的分布和過程十分均勻和穩(wěn)定，切削加工的安全性和可靠性也大為提高。
在刃口鈍化量最大的情況下，加大每齒進(jìn)給量的試驗數(shù)據(jù)表明：當(dāng)每齒進(jìn)給量fz=0.06mm，即在比普通切削條件增加一倍的情況下，刀具的耐用度最高。 試驗在切削量達(dá)到vw=2300cm3時中斷停止。由于減小了各個切削刃的切削行程，因此fz=0.06mm時比fz=0.03mm時的刀具耐用度大為提高。
為了加工相同數(shù)量的材料，有必要降低刀具的轉(zhuǎn)速。而當(dāng)切削厚度大于刀具刃口后面節(jié)段Sα時，也能改善刀具磨損狀況。但是，繼續(xù)提 高刀齒進(jìn)給量，會引起機(jī)床機(jī)械負(fù)荷增大而導(dǎo)致磨損加大，使切削量下降。另外，刃口經(jīng)過鈍化處理還可降低切削過程產(chǎn)生的顫振，即使選用較高的切削參數(shù)進(jìn)行切 削加工，仍可保證刀具的耐用度。
刃口經(jīng)鈍化處理后，刀具在使用時磨損非常均勻，此時在刀具的前面和后面都會形成粘結(jié)物。
當(dāng)進(jìn)給量較大時，刃口并未出現(xiàn)明顯破損。為了做進(jìn)一步試驗，將每齒進(jìn)給量提高到fz=0.15mm，切削深度減小到ap=5mm。當(dāng)切削深度較大時，切 削力也相應(yīng)增大，從而導(dǎo)致刀具破損。當(dāng)進(jìn)給量也較大，切削深度ap=16mm時，切削過程會出現(xiàn)顫振，使刀具發(fā)生破損，機(jī)床主軸也會受損。
小結(jié)
刃口鈍化處理對刀具磨損以及切削加工效率有著極大影響。像銑刀這類圓周切削刃、旋轉(zhuǎn)對稱型的刀具，可通過磁精密修整技術(shù)進(jìn)行刃口鈍化處理，刀具的前面、 后面、刃溝也同時被拋光，這對于避免產(chǎn)生粘結(jié)十分有利。用經(jīng)過刃口鈍化處理的刀具按傳統(tǒng)切削參數(shù)對鈦金屬進(jìn)行銑削加工時，其耐用度可提高約70%，每齒進(jìn) 給量也可明顯提高。試驗顯示，當(dāng)每齒進(jìn)給量fz=0.06mm時，刀具切削狀態(tài)最佳，在刀具刃口上也觀察不到細(xì)微破損。
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