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小直径铣刀高速加工淬硬钢研究

曾宝平  
【摘要】: 高速模具加工是一种高效高精度新兴制造技术,在使用小直径铣刀加工淬硬钢模具时存在刀具磨损和破损大,缺少相关加工工艺等问题,成为制约硬质模具高速加工技术发展与应用的瓶颈之一。 在多个政府科技计划项目和企业的支持下,本文针对涂层硬质合金小直径铣刀(≤φ2mm)加工淬硬钢(HRC57)进行研究,分别在中等速度加工中心(最高转速 8000RPM)和高速加工中心(最高转速 20000RPM)上进行了大量铣削实验,研究了淬硬钢材料高速铣削的切屑形态及其切除机理、铣削过程的切削力、振动和噪声。研究各切削参数对切削过程的影响,进行高速加工切削用量优选,提出改善加工过程稳定性的途径;分析了小直径铣刀磨损和破损、失效形式,并编写一套数控代码后置处理程序,对高速加工的进绐速度进行优化。本研究不仅对于高速加工理论的发展有较高的理论价值,而且对解决工厂生产应用的淬硬钢模具问题有重要的意义。 研究发现,小直径铣刀铣削淬硬钢加工时切屑显示有明显的剪切滑移和较高的切削温度作用,但未发现明显的剪切失稳。对切屑分析表明切削温度是随转速提高而提高的,但切削力并未下降也不上升,未发现S136淬硬钢高速加工存在“临界速度”。 影响切削力的主要因素是进给速度、切削深度、切削刀具(球头铣刀或平底铣刀)和方式(铣槽、侧铣、拐角和圆弧走刀等),在实验选用的速度范围(15—110 m/min) 内切削力随切削速度变化小,进给速度对切削力的影响侧铣时比铣槽时大。 AbstmCt 一 在小直径铣刀铣削淬硬钢切削过程中,振动起到重要作用,切削过 程的振动信号表明了加工系统的多模态性,强振动的频率不是唯一的, 有多个强振动临界区,加工过程应避开强振区;针对不同的机床,为使 减小加工过程中系统振动,应避免采用一些特定的速度;而切削嗓声只 与主轴转速有关,存在噪声突然增强的特定转速。 小直径铣刀铣削淬硬钢加工时,刀具的主要失效形式为刀具磨损、 刀尖破损、涂层烧伤和脱落、侧刃微崩和断刀。刀尖是刀具中最薄弱的 环节,提高刀尖及切削刃的强韧性对改善刀具切削性能尤其重要。在切 入切出工件和拐角处极易出现断刀。对于小直径刀具必须增加刀具刚 度,同时提高刀具表面涂层质量。切削速度提高,切削温度上升,应注 意在高速条件下是否会对刀具造成烧伤。振动与系统的固有频率、刀具 磨损程度以及各种切削用量都有关系,刀具磨损的增加时振动信号向低 频区域移动。 本文获得对于小2。的平底铣刀加工淬硬钢mRC57)的推荐工艺 参数为:铣槽时主轴转递在 8000RPM或 15000RPM附近,每齿进给量 f。 取0.005~0.02。/齿之间,轴向切深人为0.05~0.2一之间。侧铣时: n在 6369RPM附近或大于 12000RPM,fz==0.005~0.02m/齿,R. ,Jt于 0.4 mm o 本文的后置处理程序通过加工过程中最大进给速度功速度等参数 对数控代码进行忧化,初步实现了对直线插补、圆弧插补中的加速过程 进行控制,对握高加工过程平稳性,防止过切发生有重要作用。


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