304不銹鋼管屬于難車削的金屬管,高速車削比較困難,要提高車削的效率,提高車床轉(zhuǎn)速是不可避免的,在提高切削速度的同時(shí),合理的選擇車削三要素和合理的刀具角度是保證車削正常進(jìn)行的關(guān)鍵。本文在半精車條件下,對(duì)304不銹鋼管進(jìn)行高速車削試驗(yàn),分析所選主要的工藝參數(shù)對(duì)車削這種難切削金屬的影響,為304不銹鋼管高速車削時(shí)選擇合適的工藝參數(shù)作參考。
304不銹鋼管是一種強(qiáng)度不高,韌性很好的金屬,普通切削加工難以加工,屬于難車削的金屬。在日常生活中常采用塑性加工的方法進(jìn)行加工,隨著食品機(jī)械及其它需要使用到不銹鋼的機(jī)械的發(fā)展,越來(lái)越多的應(yīng)用到切削加工,尤其是車削加工,在車削的過程中,這類金屬的加工效率很低,要提高這類金屬的加工效率,根據(jù)對(duì)車削工藝的理解,首先是提高車削速度,然后配套合理的車削要素,并選擇合適的刀具材料和刀具角度,才能有效的提高加工效率。
本次試驗(yàn)采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)法,為減少試驗(yàn)的次數(shù),選擇高低兩種切削速度,配合兩種刀具材料和預(yù)先篩選的車削要素,進(jìn)行8次對(duì)比車削試驗(yàn)。車床采用CJK6136經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床,系統(tǒng)為GSK928TC。
一、車削參數(shù)的選擇
車削參數(shù)主要是指車削三要素,車削速度Vc、背吃刀量ap(車削深度),進(jìn)給量f。車削速度Vc的選擇主要是考慮車削加工的質(zhì)量,保證刀具的耐用度。本次實(shí)驗(yàn)采用高低兩種不同車削速度進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速的檔位,選擇:n1=600r/min,n2=1600r/min。根據(jù)切削速度的計(jì)算公式:(1)其中D為工件直徑,40mm;n為工件轉(zhuǎn)速,r/min。算得:Vc1=75.36m/min,Vc2=200.96m/min。背吃刀量ap(車削深度)會(huì)影響刀具的耐用度,同時(shí)也會(huì)影響切削力,由于304不銹鋼管是塑性比較好的金屬,斷屑也比較困難,所以在半精車時(shí)的背吃刀量選擇應(yīng)該比碳鋼小些,故選擇:ap=0.2mm。進(jìn)給量f的選擇會(huì)影響工件表面的粗糙度,也是切削力的主要影響因素之一。由于車削的是304不銹鋼管,切削力較大,表面精度不易控制,選擇較小的進(jìn)給量能提高表面質(zhì)量,參考《金屬切削手冊(cè)》選擇:f=0.04mm/r。
二、刀具材料選擇
由于304不銹鋼管是奧氏體型不銹鋼管,塑性較好,在刀具材料的選擇上應(yīng)選擇耐熱性和耐磨性好的刀具材料,同時(shí)考慮刀具材料在高溫條件下的粘刀性。目前常用車削不銹鋼管的刀具材料有硬質(zhì)合金和金屬陶瓷。此試驗(yàn)的刀具材料為YW2和新型復(fù)合陶瓷刀片F(xiàn)D22(新型復(fù)合Al2O3陶瓷刀片)。
三、刀具角度的選擇
合理選擇刀具的角度,對(duì)提高工件質(zhì)量和刀具的耐用度非常的重要。測(cè)量刀具角度采用量角臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。
1. 前角γ
在選擇前角時(shí),要考慮卷屑槽型、有無(wú)倒棱和刃傾角的正、負(fù)角度大小等因素,因?yàn)榍敖铅弥苯佑绊懙毒叩膹?qiáng)度、導(dǎo)熱性及耐用度。從切削熱的產(chǎn)生和散熱方面考慮,增大前角可減小切削熱的產(chǎn)生,切削溫度不致于太高,刀具耐用度提高,但前角過大,則因刀頭散熱體積減小,散熱差,切削溫度反而升高,耐用度降低。減小前角可改善刀頭散熱條件,切削溫度有可能降低,但前角過小,則切削變形嚴(yán)重,切削產(chǎn)生的熱量不易散掉。一般情況下加工不銹鋼時(shí)都采用較大的前角,增大刀具的前角,可減小切屑切離和清除過程中所遇到的阻力,所以刀具前角。取15°~20°較為適宜。此試驗(yàn)方案選擇的刀具前角γ1=12度,γ2=18度。
2. 后角α
對(duì)后角選擇要求不十分嚴(yán)格,但不宜過小,后角過小容易和工件表面產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦,使加工表面粗糙度惡化,加速刀具磨損,并且由于強(qiáng)烈摩擦,增強(qiáng)了不銹鋼表面加工硬化的效應(yīng);刀具后角也不宜過大,后角過大,使刀具的楔角減小,降低了切削刃的強(qiáng)度,加速了刀具的磨損。通常,后角取5°~8°較合適,最大不超過10°。還可采用在主刀刃上負(fù)倒棱等措施來(lái)強(qiáng)化刀頭,以提高刀具的耐磨能力。此試驗(yàn)方案選擇的后角是8度。
3. 主偏角Kr、副偏角Kr'和刀尖圓弧R
主偏角Kr應(yīng)根據(jù)工件的形狀、加工部位和裝刀情況來(lái)選擇。一般取主偏角=45~90度,副偏角Kr'=4~6度,為了加強(qiáng)刀尖強(qiáng)度,一般應(yīng)磨出刀尖圓弧半徑R0.2~0.8mm。粗車或加工大直徑工件、進(jìn)給量大時(shí),刀尖圓弧半徑采用較大值;精車或加工小直徑、工件進(jìn)給量小時(shí),刀尖圓弧半徑采用較小值。此試驗(yàn)方案選擇的主偏角Kr=45度,副偏角Kr'=5度,刀尖圓弧半徑R=0.2mm。
4. 刃傾角λs
刃傾角λs主要影響刀尖的強(qiáng)度和切屑流動(dòng)的方向。為了增強(qiáng)刀具的強(qiáng)度,刃傾角應(yīng)取負(fù)值,刃傾角λs=0度~-5度。此試驗(yàn)方案選擇的刃傾角λs=-5度。在刀具結(jié)構(gòu)上,對(duì)車刀采用Y型(外斜式)圓弧斷屑槽,靠近刀尖處切屑卷曲半徑大,靠近外緣處切屑卷曲半徑小,切屑翻向待加工表面而折斷,斷屑情況好。刀具切削部分表面粗糙度也是有要求的。降低刀具切削部分的表面粗糙度,可減少切屑形成卷曲時(shí)的阻力,提高刀具的耐用度,所以刃口表面粗糙度一般應(yīng)為Ra0.2~0.4μm。
四、結(jié)論
根據(jù)8次車削304不銹鋼管試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看,其中進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的影響最為顯著,其次為切削速度。選擇車削這類不銹鋼的刀具材料主要是硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀片,由于陶瓷刀片要較硬質(zhì)合金刀片價(jià)格高一倍左右,故首選硬質(zhì)合金刀片。從刀具耐用度試驗(yàn)來(lái)看,F(xiàn)D22要較YW2好一些。
使用YW2刀具在粗加工的時(shí)候可考慮選擇Vc=70m/min~80m/min,f=0.09~0.12mm/r,ap=0.6~0.9mm,精加工是可以選擇Vc=120m/min~140m/min,f=0.07~0.09mm/r,ap=0.1~0.3mm??紤]到陶瓷刀片的耐用度較好,在粗加工可以選擇:Vc=120m/min~140m/min,f=0.09~0.12mm/r,ap=0.6~0.9mm,精加工的時(shí)候可以選擇:Vc=140m/min~160m/min,f=0.07~0.09mm/r,ap=0.1~0.3mm。
刀具前角γ對(duì)表面表面粗糙度值的影響不明顯,一般選擇12~15度,刀具后角α選擇8~10度,刃傾角λs選擇-3度~-5度,在刀具結(jié)構(gòu)上,對(duì)車刀采用Y型(外斜式)圓弧斷屑槽,靠近刀尖處切屑卷曲半徑大,靠近外緣處切屑卷曲半徑小,切屑翻向待加工表面而折斷,斷屑情況好。刀具切削部分表面粗糙度Ra0.4~0.2μm,可減少切屑形成卷曲時(shí)的阻力,提高刀具的耐用度。