选择合适的刀具与切削参数

第24卷第3期2006年9月

轻工机械

LightIndustryMachinery

Vol.24,No.3.

Sept.,2006

　[制造・维修]

选择合适的刀具与切削参数,提高精密加工件的表面质量

胡凤兰,朱　理,董丽君　　

(湖南工程学院机械电子工程系,湖南湘潭411101)　　

摘　要:精密和超精密加工是机械制造业中重要的加工技术,主要就如何选择合适的刀具与切削参数,提高精密和超精密加工零件的表面质量进行了研究。

关　键　词:精密加工;超精密加工;刀刃锋锐度;切削参数;表面质量

中图分类号:TH161　　文献标志码:A　　文章编号:1005-2895(2006)03-0075-03

0　引　言

精密和超精密加工是机械制造业中重要的加工技术,它不仅直接影响机械产品的精度和表面质量,而且是在国际竞争中取得成功的关键技术。因为许多现代技术产品都需要高的制造精度,发展尖端技术、国防工业、微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。当代的精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿,也是明天制造技术的基础。

目前,通常将加工精度在0.1～1Lm,加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1Lm之间的加工方法称为精密加工,而将加工精密高于0.1Lm,加工表面粗糙度小于Ra0.01Lm的加工方法称为超精密加工。

精密和超精密切削加工是一项内容广泛的新技术。它的加工精度和表面质量是由所使用的精密机床设备,金刚石刀具,切削加工工艺,计量和误差补偿技术,操作者的技术水平,环境条件等多种因素影响的综合结果。这里主要就如何选择合适的刀具与切削参数,提高精密

收稿日期:2005-08-29

和超精密加工零件的表面质量进行研究。

1　精密和超精密切削加工对刀具的要求

　　为实现精密和超精密切削加工,刀具应具有如下性能:(1)极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量,以保证刀具有较长的寿命和较高的尺寸耐用度;(2)刃口能磨得极其锋锐,刃口半径值Q极小,能实现超薄切削;(3)刀刃无缺陷,切削时刃形将复印在加工表面上,极好的刀刃才能得到超光滑的镜面;(4)工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低,能得到极好的加工表面完整性。

上述要求决定了精密和超精密切削加工使用的刀具的性能要求。天然单晶体金刚石有极高的硬度、耐磨性和强度,导热性能好,与有色金属的摩擦系数低,能磨出极锋锐的刀刃等,是理想的精密和超精密切削加工刀具材料。

2　刀刃锋锐度对加工表面质量的影响

　　金刚石刀具的刀刃锋锐度值一

般采用扫描电镜测量,其大小对表面质量影响明显,如图1所示是试验用的金刚石车刀,2把车刀几何形状完全相同,仅锋锐度有差别,在进行切削实验前,利用SEM检测刀具的刀刃锋锐度,测得的刃口半径分别为Q=0.4和0.7Lm,考虑到拍扫描电镜照片时刀尖经真空镀金,故实际刃口半径应分别为Q=0.3和0.6Lm(或略大)。用2把刀具切削硬铝进行对比实验。

图1　实验用金刚石车刀的几何形状

(1)图2为2把刀具在不同进给量时的加工表面粗糙度。由图中可见用锋锐的金刚石车刀加工的表面粗糙度值较小,而刃口半径较大的刀具加工的表面粗糙度值明显要大

作者简介:胡凤兰(1956-),女,湖北汉川人,学士,副教授,主要从事高校机械基础有关课程的教学,主编有《互换性与技术测量基础》高等教育出版社、《机械设计制图》湖南科技出版社等多本教材,在各类期刊发表论文10多篇。　　　　　　・76・

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　　2006年第3期　

a　Q=0.6Lmb　Q=0.3Lm

图2　2把车刀在不同进给量时的加工表面粗糙度(T=314m/min)

图4　切削速度对加工

表面粗糙度的影响

(f=2.5Lm　ap=2Lm　加工材料硬铝LY12)

加工表面粗糙度实验情况,实验中使用的是圆弧切削刃刀具,可见在进给量f<5Lm/r时,均可达到Rmax<0.05Lm的镜面。

=0.6Lma　Q

=0.3Lmb　Q

(3)背吃刀量变化的影响　经过精密研磨的单晶天然金刚石刀具,可以达到刃口半径Q<0.05～

0.1Lm,这时最小背吃刀量可以在0.1Lm以下,可得到超光滑表面,加工表面粗糙度Rz<0.02Lm,表面变质层亦极小。实验证明,在刀具刃口半径Q足够小时,(Q<0.05～0.1Lm),在超精密切削范围内,背吃刀量变化(ap=5～0.5Lm)对加工表面粗糙度影响很小,如图6所示。但若刀具刃口半径较大时,则背吃刀量小时,切削困难,变质层大,会使加工表面粗糙度值增大。4　结束语

超精密切削是金属切削的一种,它也服从金属切削的普遍规律,同时也有它不少的特殊规律。这是金刚石刀具的特殊物理化学性能和切削层极薄等原因造成的。因此研

图3　2把车刀在不同背吃刀量时的加工表面粗糙度

(T=314m/min　f=2.5Lm)

些。当进给量f=25Lm/r时,用刃

口半径Q=0.3Lm和Q=0.6Lm的刀具进行切削,可得加工表面粗糙度分别为Rmax=0.087Lm和Rmax=0.131Lm;当进给量f=1Lm/r时,用刃口半径Q=0.3Lm和Q=0.6Lm的刀具进行切削,可得加工表面粗糙度分别为Rmax=0.033Lm和Rmax=0.056Lm。

(2)图3为2把刀具在不同背吃刀量时的加工表面粗糙度。当背吃刀量ap=0.5Lm时用刃口半径Q=0.3Lm和Q=0.6Lm的刀具进行切削,得到加工表面粗糙度分别为Rmax=0.035Lm和Rmax=0.060Lm。可见还是用锋锐的金刚石车刀加工的表面粗糙度值较小。故在进行精密加工和超精密加工时,使用刃口半径小的锋锐刀具,可有效提高加工表面的质量,减小表面粗糙度值。

3　切削参数变化对加工表面质量的影响

　　(1)切削速度的影响　切削速度的变化,将影响切削变形,影响加工表面的粗糙度和变质层,但实验证明在常用的超精密切削速度范围内对加工表面的粗糙度影响并不显著。超图5　不同进给量时的加工　　　表面粗糙度

(f=2.5Lm　ap=2Lm加工材料硬铝LY12)精密切削实际选择的切削速度,经常是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取,即选择

振动最小的转速。因为在该转速时表面粗糙度最小,表面加工质量最高。使用质量好,特别是动特性好,振动小的超精密机床可以使用高的切削速度,提高加工的效率。

如图4所示的实验结果表明,在该机床上加工,只要避开T=314m/min,在不同的切削速度下均可得到表面粗糙度极小的加工表面。

(2)进给量和修光刃的影响　为使加工表面粗糙度值减小,超精切削加工都采用很小的进给量,刀具制成带修光刃的。图5是在超精密切削条件下,变化进给量得到的

图6　不同背吃刀量时的　　加工表面粗糙度

(T=314m/min　f=2.5Lm加工材料硬铝LY12)　

第24卷第3期2006年9月

轻工机械

LightIndustryMachinery

Vol.24,No.3.

Sept.,2006

　[制造・维修]

食用油碟式分离机碟片的渗氮激光相变硬化复合处理研究

吴　健　　

(江苏电大宜兴学院,江苏宜兴214206)　　

摘　要:介绍了食用油碟式分离机碟片的常规表面处理方法,提出了渗氮激光相变硬化复合处理技术,通过硬度实验、耐磨性实验、抗腐蚀性实验及残余应力分布曲线,对实验结果进行了较深入的分析,得出渗氮激光相变硬化复合处理技术可提高4Cr13钢碟片抗腐蚀能力和抗疲劳性能的结论。

关　键　词:4Cr13不锈钢;碟片;渗氮激光相变硬化;复合处理

中图分类号:TG156;TQ051.8　　文献标志码:A　　文章编号:1005-2895(2006)03-0077-04

0　前　言

食用油碟式分离机为碟片式全密闭高速分离机械。碟片材料采用4Cr13调质不锈钢。在高速、高压、具有腐蚀性的物料作用下,碟片的破坏往往自表面开始,发生磨损、腐蚀、变形和高温氧化等,从而破坏转鼓动平衡,增大振动,最终导致设备

收稿日期:2006-01-05

停产甚至发生严重的后果。碟片的

抗蚀能力和抗疲劳性能是其材料极其重要的力学性能,目前主要有以下几种提高碟片表面性能的工艺方法:(1)火焰淬火强化　对碟片尤其是进出料边进行火焰加热淬火,用高温的氧—乙炔火焰或氧与其它可燃气(煤气、天然气等)的火焰,将零

件表面迅速加热到淬火温度,然后

立即喷水冷却。(2)高频感应加热淬火　利用高频感应电流使钢表面迅速加热而后淬火的一种方法。(3)局部加覆盖层　在进料边的局部位置覆盖一层耐磨合金,采用的工艺方法有:钎焊司太立合金片、热喷涂、堆焊、电镀、化学转化膜、涂料与涂

作者简介:吴　健(1970-),女,江苏宜兴人,江苏电大宜兴学院高级讲师,工程硕士研究生,机械制造及其自动化专业,研究方向激光加工技术,已发表论文6篇。

究和掌握这些规律,是提高精密和超精密加工零件表面质量的重要措

施。综上所述,为获得超光滑的表面加工质量,首先要选用天然单晶金刚石刀具;并且刀具应具有极小的

刃口半径,极高的锋锐度;切削速度则应根据精密加工机床的动特性和

切削系统的动特性选取,选择使机床系统振动最小的转速;加工进给量也应比较小。

参考文献:

[1]　袁哲俊.精密和超精密加工技术[M].北

京:机械工业出版社,2002.

[2]　林朝平.基于数控加工的干式切削与刀

具的研究[J].轻工机械,2004(4):78-79.

ChooseSuitedCutterandCuttingParameter,ImprovethePart’s

SurfaceQualityofPrecisionandUltraprecisionMachining

HUFeng-lan,ZHULi,DONGLi-jun

(DepartmentofMechamicalandElectronicEngineering,HunanInstituteofEngineering,Xiangtan411101,China)

Abstract:Precisionandultraprecisionmachiningisimportantprocessingtechnologyinmachinemanufacturing.Themethodsofcutterchoice,cuttingparameterschoiceandimprovingthepart’ssurfacequalityofprecision&ultraprecisionmachininghavebeenstudiedinthispaper.

Keywords:psecisionmachining;ultraprecisionmachining;cuttingchinsharpness;cuttingparameter;surfacequality