牛 宏 寶, 張 偉

( 大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動化學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

槍鉆的主要特點(diǎn)是高深徑比,并且粗精加工一次加工成型。槍鉆結(jié)構(gòu)精巧,價格昂貴,但是可以復(fù)磨[1],一般可復(fù)磨4～5次,可以提高槍鉆的總體壽命。通常復(fù)磨時采用原來的結(jié)構(gòu)參數(shù),這樣不僅不能恢復(fù)原有鉆型,而使刀具壽命顯著降低,并不能獲得復(fù)磨應(yīng)有的效益。深孔加工中不易散熱、排屑[2],特別在高速、微潤滑條件下更為嚴(yán)重。磨損以及燒傷明顯地呈現(xiàn)在鉆尖的外圓倒角部分。復(fù)磨時應(yīng)該把這部分及其影響去掉,也就是修改鉆尖的結(jié)構(gòu)參數(shù)。國內(nèi)某發(fā)動機(jī)廠的S48CSIV曲軸油孔加工所用的整體合金槍鉆,新刀具的壽命為70件,復(fù)磨時按常規(guī)采用原來的結(jié)構(gòu)參數(shù),刀具壽命僅為20件。作者初步分析其磨損、燒傷機(jī)理,提出復(fù)磨時修改結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。

1 實驗設(shè)置

工件為發(fā)動機(jī)的曲軸油孔。材料為鍛造S48CSIV,硬度(25±5) HRC。槍鉆規(guī)格為Ф 5.5 mm×220 mm,帶斷屑槽,外緣轉(zhuǎn)點(diǎn)有倒角。合金材料為K15,有TiAlN涂層。機(jī)床為TBT專用機(jī)床,采用MQL冷卻,體積流量11～15 m3/h,MQL壓力1.9 MPa。加工參數(shù):槍鉆進(jìn)給分4步,剛進(jìn)去和快鉆通時進(jìn)給量參數(shù)分別為70 mm/min(0.015 mm/r),245 mm/min(0.055 mm/r),300 mm/min(0.068 mm/r),200 mm/min(0.045 mm/r)。主軸轉(zhuǎn)速為4 400 r/min(76 mm/min)。

TBT深孔加工機(jī)床有附帶的扭矩報警機(jī)構(gòu)。 實驗還配備了刀具角度測量儀及磨損觀測顯微鏡。

2 鉆磨損分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)修改

2.1 新槍鉆的壽命及磨損分析

新刀加工到70件,報警停機(jī),取下來準(zhǔn)備修磨。首先在顯微鏡下進(jìn)行觀察:外緣倒角處的磨損較大(圖1),倒角后刀面及側(cè)刃燒傷呈黑色(圖2)。刀具距離鉆尖較近的油隙部位有少部分呈黑色。

圖1 磨損

圖2 高溫?zé)齻?/p>

前刀面和后刀面都容易磨損。但前刀面磨有斷屑槽,使排屑通暢,卻降低了刀具切削刃的強(qiáng)度,使切削刃容易磨損,尤其倒角處的強(qiáng)度最低,磨損也最大(圖1)。同時由于有斷屑槽使切削部分的體積減小,降低了刀具的散熱體積,使切削區(qū)域的溫度不容易降低。倒角處的散熱體積最小,熱量不容易散出,而側(cè)刃在切削時線速度最高,產(chǎn)生的熱量最多。所以在切削區(qū)域溫度已經(jīng)較高的基礎(chǔ)上,倒角處和側(cè)刃處的溫度最高,燒傷最嚴(yán)重[3](圖2)。因此復(fù)磨時應(yīng)該修改倒角。進(jìn)一步用幾何參數(shù)測量儀檢測:磨損后的倒角14°,大于一般正常的12°。

2.2 第1次結(jié)構(gòu)參數(shù)修改及修磨

根據(jù)新槍鉆的磨損分析,第1次修磨時將倒角減為10°,以增大倒角處的強(qiáng)度和刀具的散熱體積[4],然后試切削。修磨后的刀具加工到35件機(jī)床報警?？梢娺@次修磨后刀具壽命降低還很大,改進(jìn)的效果不明顯。同時產(chǎn)生了新問題:刀尖倒角嚴(yán)重?zé)齻透缮?磨損嚴(yán)重呈黑色,刀尖后刀面和內(nèi)刃后刀面有干涉現(xiàn)象(圖3)。

2.3 第2次結(jié)構(gòu)參數(shù)修改及修磨

為了減少干涉,增大內(nèi)刃后角和刀尖后角,各增大1°,倒角第二后角增大1°,并增大刀尖倒角,減少圓周部位的干涉現(xiàn)象,在修磨時盡量去掉涂層磨損較多的部分。

第2次改進(jìn)后再修磨并試運(yùn)行。由于干涉現(xiàn)象得到改善,所以加工扭矩減小,沒有報警,刀具壽命提高到45件。經(jīng)顯微鏡觀測,干涉現(xiàn)象雖有很大改觀,但刀具的外刃后刀面磨損嚴(yán)重,刀具第一后刀面完全磨損,第二后刀面大部分磨損(圖4)。最終由于扭矩過大,機(jī)床報警。為此,再做第3次改進(jìn)。

圖3 干涉

2.4 第3次結(jié)構(gòu)參數(shù)修改及修磨

目前需要增加外刃的強(qiáng)度,減小磨損到第二后刀面時的扭矩。因此,外刃第一后角增大1°,第二后角減小1°。結(jié)構(gòu)參數(shù)改進(jìn)后復(fù)磨的刀具壽命增加到55件。

3 結(jié)束語

(1)經(jīng)過3次修改可以使復(fù)磨后刀具壽命達(dá)到55件。雖然低于新鉆頭的70件,比按原參數(shù)復(fù)磨的20件顯著提高。該方法的本質(zhì)是去掉鉆尖上磨損、燒傷部位,并代之以合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)(角度)。因此關(guān)鍵性步驟是對被損傷部位的顯微觀察以及角度測量。

(2)這個方法雖然在實際生產(chǎn)試運(yùn)行中得到證實,但是還在實驗階段。只考察了一種材質(zhì)的曲軸油孔鉆削,缺少對多種材質(zhì)和多次反復(fù)的研究。還有一個缺陷是實際操作中的觀察、測量顯得煩瑣,不宜于生產(chǎn)實際,需要規(guī)范化。最好是補(bǔ)充專用量儀并配備相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。

[1] 張波. 槍鉆加工滲碳鋼20Cr深孔時斷屑性能的改進(jìn)[J]. 工具技術(shù), 2008(8):47-49.

[2] 張占陽. 硬質(zhì)合金高效鉆尖的試驗研究[D]. 大連:大連工業(yè)大學(xué), 2006.

[3] 陳云,杜齊明,董萬福. 現(xiàn)代金屬切削刀具實用技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2008:28-30.

[4] 倪志福,陳璧光. 群鉆:倪志福鉆頭[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1999:63-65.

[5] 陳日曜. 金屬切削原理[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2002:36-38.