馬志龍 賀鳳寶 張偉 宋日家

(①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;②大連吉瑞刀具技術(shù)股份有限公司，遼寧 大連116034)

國內(nèi)某廠的熱交換器板使用銑鉸刀進(jìn)行精加工，刀具為直柄焊接式銑鉸刀，如圖1 所示。刀頭采用進(jìn)口硬質(zhì)合金料HB3(見表1);刀桿和刀柄采用合金鋼42CrMo(見表2);被加工工件為熱交換器板，材質(zhì)為Q235B;孔尺寸為φ19.18 mm，加工長度為36 mm，通孔，每塊板孔數(shù)為2600 個。銑鉸刀規(guī)格為Φ19.18 mm×230 mm，表3 和表4 為未改進(jìn)前的銑鉸刀主要幾何參數(shù)。原刀具使用壽命為每支刀具加工700 個孔。本文對孔表面質(zhì)量超差、刀具壽命低的原因進(jìn)行了分析并提出了改進(jìn)方案，取得了較為滿意的效果，改進(jìn)后刀具使用壽命增加到每支刀具加工1700 個孔，比較之前提高了140%，并提高了孔加工表面質(zhì)量。

刀具使用TiN 涂層。機(jī)床為龍門加工中心，冷卻方式采用外冷。原加工參數(shù)為:進(jìn)給量f=240 mm/min，轉(zhuǎn)速450 r/min。

表1 銑鉸刀刀頭材料

表2 銑鉸刀刀桿柄材料

表3 改進(jìn)前銑刀主要幾何參數(shù)

表4 改進(jìn)前鉸刀主要幾何參數(shù)

1 實驗

1.1 改進(jìn)前

首先采用改進(jìn)前的銑鉸刀(幾何參數(shù)見表3.4)，轉(zhuǎn)速為450 r/min，進(jìn)給量f=240 mm/min，加工700 個孔后，工件孔加工表面質(zhì)量超差，達(dá)不到使用要求。

現(xiàn)場觀察，切屑細(xì)長，開始時為銀白色，后來逐漸變?yōu)楹谏?。加工孔?nèi)表面質(zhì)量一般，加工600 個孔后孔表面有明顯的劃痕、毛刺現(xiàn)象。刀具如圖2 所示，銑鉸刀前面的銑刀磨損正常，后面的鉸刀前刀面磨損嚴(yán)重，切削刃有不同程度的崩刃現(xiàn)象。

分析認(rèn)為，鉸刀前角較小，導(dǎo)致孔的表面質(zhì)量一般;刀桿材料只經(jīng)過表面熱處理，表面硬度高、中心硬度低，導(dǎo)致刀桿整體性能不好，在加工過程中刀桿變形而徑向跳動較大，從而影響刀具壽命和孔表面質(zhì)量。

1.2 改進(jìn)后

通過上述分析，首先對刀具材料進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高刀桿的整體硬度;由于銑刀磨損正常，銑刀部分幾何參數(shù)不變;由于孔表面質(zhì)量一般，故增大鉸刀前角為8°。

1.2.1 銑鉸刀制作

(1)刀桿下料，用普通車床SK360(C618K -3)車削加工，留加工余量2 mm。

(2)刀桿調(diào)質(zhì)，分兩步:用箱式電阻爐(SRJX2 -9)整體淬火(840～860 ℃)，保溫1.5 h，并保證均勻受熱;高溫回火處理(580～610 ℃)，保溫2 h，隨爐冷卻(紅外線溫度感應(yīng)儀)。

(3)柄部淬火:高頻加熱840～860 ℃，放到機(jī)油中冷卻，冷卻過程中，工件直立放置，并需上下不斷移動，以保證均勻冷卻，避免表面產(chǎn)生氣泡使硬質(zhì)不均(XG 系列自動控制型高頻感應(yīng)加熱設(shè)備)。

(4)切V 形口:高頻焊接后，加熱到700 ℃左右(熔點)，放到保溫爐中保溫，溫度設(shè)定在500～550 ℃(溫度設(shè)定原則:需要比后序涂層溫度480 ℃高出50～100 ℃)，保溫3～4 h，此過程是為了消除熱應(yīng)力，避免后期變形。

(5)粗磨加工(留余量0.2 mm)。

(6)人工時效處理:粗磨后焊接部位的殘留應(yīng)力重新分布，為消除應(yīng)力，保溫爐溫度設(shè)定為200～300 ℃，保溫2～3 h，隨爐冷卻。

(7)磨前檢查徑向跳動:放置一天，再測跳動，檢查跳動是否在0.01 mm 以內(nèi)。

(8)精磨加工:使用精密萬能磨床精磨(精密萬能外圓磨床型號M1420/750 -H)。

(9)刀桿硬度檢查:刀桿硬度為45HRC(硬度檢測儀)。

(10)數(shù)控加工刀具并涂層:數(shù)控加工后，對刀具進(jìn)行TiN 涂層處理(涂層溫度480 ℃)。

1.2.2 加工試驗

用上述新制作的銑鉸刀(刀頭部分幾何參數(shù)基本同表3.4，只是鉸刀部分前角增大為8°)進(jìn)行加工試驗，進(jìn)給量f=240 r/min，轉(zhuǎn)速450 r/min，加工1700個孔后，加工孔表面質(zhì)量超差，達(dá)不到使用要求。

現(xiàn)場觀察，切屑細(xì)長，開始時為銀白色，后來逐漸變?yōu)楹谏?。加工孔的表面質(zhì)量較好。刀具前面銑刀部分正常磨損;后面鉸刀部分磨損嚴(yán)重，并伴有輕微的崩刃。

試驗表明，通過改進(jìn)銑鉸刀的制造工藝及鉸刀部分前角參數(shù)，刀具的使用壽命和加工孔的表面質(zhì)量得到顯著提高，完全滿足熱交換器板的加工要求。因此，我們可以得以下結(jié)論:

(1)針對焊接式刀具，在孔加工過程中，刀桿材料的性能對刀具壽命、孔表面質(zhì)量等有很大的影響。對于焊接式刀具，刀頭部分相對來說比較重，會影響刀具的徑向跳動，所以，對刀桿的整體材料性能有較高要求。

(2)刀具徑向跳動對刀具壽命、孔的表面質(zhì)量有很大影響:當(dāng)徑向跳動過大，會降低刀具壽命和孔的表面質(zhì)量。

(3)鉸刀前角對孔表面質(zhì)量有很大影響:通過增大前角，孔表面質(zhì)量明顯提高。

2 結(jié)語

綜上所述，改進(jìn)后銑鉸刀的使用壽命由原來加工700 個孔增加到1700 個孔，孔表面質(zhì)量明顯改善，有效解決了原加工過程中存在的孔表面質(zhì)量超差及刀具壽命低等問題，從而提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。鑒于改進(jìn)后的銑鉸刀加工效果良好，目前此刀具已經(jīng)批量用于生產(chǎn)中。

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