李夢龍,張偉,賀鳳寶,胡建忠,喬華
(大連工業(yè)大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院,遼寧大連 116034)
BTA深孔鉆[3]是內(nèi)排屑深孔鉆的一種典型結(jié)構(gòu),它是在單刃內(nèi)排屑深孔鉆的基礎(chǔ)上改進而成,其切削刃呈雙面錯齒狀,切屑從雙面切下,并經(jīng)雙面排屑孔進入鉆桿排出孔外。BTA深孔鉆切削力分布均勻,容易分屑且斷屑性能好,鉆削平穩(wěn)可靠,鉆削出的深孔直線性好[1]。
某公司在使用錯齒BTA鉆孔時,出現(xiàn)了斷屑不好的狀況。斷屑問題是BTA鉆削中遇到最多,也是最主要的問題[2],其中中間齒加工條件最差。為了解決斷屑問題,改變刀具的中間齒斷屑槽槽寬進行對比試驗,得到切削力和切屑。
通過使用3支中間齒斷屑槽槽寬L不同、其余參數(shù)相同的φ20 mmBTA刀具,在較合理的加工參數(shù)下鉆削45鋼,并分析中間齒斷屑槽槽寬L對中間齒斷屑的影響。
實驗刀具是采用從美國EJ Co.INC購買3支參數(shù)相同的BTA鉆頭,如圖1。
圖1 錯齒BTA
為了排除其他參數(shù)對切削實驗的干擾,3支刀具 選擇了共同的幾何參數(shù)[5],只有中間齒的斷屑槽槽寬L不同。3支刀編號為1、2、3,其中1號刀用EJ公司推薦的參數(shù),其余兩支刀對中間齒的斷屑槽槽寬L進行刃磨,3支刀中間齒斷屑槽槽寬L分別為1.61 mm、1.23 mm、1.87 mm。其共同的主要幾何角度參數(shù)如表1所示。
表1 3支試驗刀具共同幾何參數(shù)表
被加工工件材料為45鋼,45鋼因為其良好的綜合機械性能而被廣泛應(yīng)用,故對其進行鉆削實驗具有普遍的指導(dǎo)意義。
在較合理的切削參數(shù) (進給量0.20 mm/r)下,用3支刀具鉆削45鋼,鉆孔孔徑為φ20 mm,孔深120 mm,切削速度62.8 m/min,油壓2 MPa,鉆削過程中用YDZ-II02壓電鉆削測力儀記錄切削力,收集切屑,并對所得到的數(shù)據(jù)和切屑進行分析。
將表2的數(shù)據(jù)繪制成柱狀圖 (如圖2),從圖中可以看出,3號刀具的軸向力和扭矩均為最大,觀察切屑可以看出,其中間齒不斷屑,切屑積壓纏繞在副排屑口不能排出,使其切削力增大,與中心齒和外齒抵消后的作用力轉(zhuǎn)化為第二導(dǎo)向條的正壓力,增大了第二導(dǎo)向條與孔壁的摩擦,所以扭矩和軸向力均增大。1號和2號刀具的切屑稍短,反映到第二導(dǎo)向條的正壓力相對來說較小,切削力較3號刀具來說減小[4]。
表2 3支刀具鉆削45鋼軸向力和扭矩的數(shù)據(jù)表
圖2 3支刀具扭矩、軸向力折線圖
3支刀在轉(zhuǎn)速1 000 r/min、切削速度62.8 m/min、進給量為0.20 mm/r下的切屑形態(tài)如圖3所示。
單管鉆功能正常的一個重要因素是切屑能夠順利地通過鉆頭和內(nèi)鉆管。因而,切屑的形成應(yīng)排在第一位。3支刀具的外齒和中心齒的斷屑槽參數(shù)相同,所以切屑形態(tài)大致相同,但中間齒的斷屑槽卻有明顯的不同:2號刀的斷屑槽槽寬L最小,附加給切屑的變形力最大,所以切屑為理想的C型屑;1號刀的斷屑槽槽寬L大于2號刀,其中間齒的切屑較長;3號刀斷屑槽槽寬L最長,其切屑的變形最小,附加變形力不足以使切屑折斷,導(dǎo)致形成長條型的切屑。
綜合切削力和切屑兩方面的分析得出:2號刀具切削性能最好。
圖3 3支刀具的切屑
(1)錯齒BTA鉆中間齒的斷屑槽槽寬對中間齒的斷屑有影響。在切削速度為62.8 m/min,進給量為0.2 mm/r下加工45鋼,中間齒斷屑槽槽寬較窄時,中間齒斷屑效果明顯,切屑呈C型屑,而中間齒斷屑槽槽寬較長時斷屑不好,切屑呈長條型。
(2)中間齒不斷屑,會影響第二導(dǎo)向條的摩擦力,使軸向力和扭矩突變。
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