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鏜孔加工性能下降的原因

日期: 2013-12-04    來源:刀具商務網

  當鏜孔加工性能下降時,其原因可能是某種特定因素造成的,也可能是多種因素共同作用的結果。這些因素包括工件穩定性、加工余量的大小、工具系統的剛性、刀片牌號和幾何形狀、切削速度和進給率與刀具性能的匹配性。當遇到加工循環時間過長、刀具壽命縮短或零件質量變差等情況時,就應該對這些因素加以分析和甄別。在特定的鏜孔加工中,某種因素的影響可能會比其他因素更顯著,但這些因素也可能彼此密切相關。改變其中一個因素可能意味著,為了獲得理想的結果,必須同時改變另一個因素。不過,在進行切削試驗時,不要一次改變兩個或更多個因素。

  工件穩定性

  雖然加工中心和夾具通常并不是加工車間可能會首先考慮的因素,但如果在加工時,工件的狀態不穩定,機床和夾具也可能會嚴重影響刀具的切削性能。

  如果工件的夾持剛性得到保證,機床的大小和功率也會影響切削參數。雖然主軸錐孔為CAT50、CAT40和BT30的機床都可以使用同樣的粗鏜頭,但并非每種機床都能完成同樣的鏜削加工。對于鏜孔深度,情況也同樣如此。在CAT50機床上,可以鏜削孔徑75mm、孔深250——300mm的孔,CAT40機床利用加長鏜桿也能完成該尺寸范圍的加工,但是,任何小于40錐度的機床都不支持這種加工。

  已磨損的機床主軸和不穩定的夾具通常是無法改變但必須予以解決的因素。有時,這些因素可能會使一項加工任務完全失敗,但一般來說,改變刀片類型或切削參數將會提供一種解決方案

  加工余量

  加工人員往往并不清楚應為鏜孔加工預留多大的余量。用戶可能對車削加工的切削速度/進給率以及所需加工余量更熟悉,但這些經驗并不總是適用于鏜削。在使用雙刃鏜刀的粗鏜加工中,情況尤其如此。鉆頭直徑與工件最終孔徑非常接近(只留了0.5——0.75mm的鏜削余量)的情況并不鮮見,如此小的材料余量根本不夠雙刃鏜刀兩個刀片刀尖的吃刀量,這將導致發生顫振和刀具切削性能下降。如果沒有足夠的加工余量和寬松的直徑公差(正負萬分之一),用單刃鏜刀(或拆除了其中一個刀片夾頭的雙刃鏜刀)進行加工效果更好。

  另一方面,對于有型芯孔的零件,如果芯孔位置不正確,則可能有太多工件材料需要切除。即使芯孔直徑在典型的粗鏜余量標準范圍內,但偏芯可能會導致雙刃鏜刀在孔的一側的吃刀量大于刀片所能承受切屑負荷的情況。

  刀具的組裝剛性

  為一項加工任務選擇鏜刀時,通常是基于要求的鏜孔直徑和標稱深度,而很少考慮實際鏜孔深度和所需的額外懸伸量(如果需要的話)。例如,在某種鏜削加工中,鏜孔深度只有50mm,但刀具通過工件和(或)夾具到達被鏜孔可能需要200mm的懸伸長度。這與要求的鏜孔深度為250mm的鏜削加工截然不同。

  為了最大限度地提高刀具剛性和使用范圍,模塊化鏜刀系統可以提供不限數量的模塊組合。在所需刀具長度較長的情況下,重要的是,首先選擇較大的鏜桿基本直徑,然后根據需要縮小鏜桿直徑,而不是在整個鏜桿長度上都采用相同的直徑尺寸。

  對于空間有限的長懸伸鏜削,可考慮采用整體硬質合金鏜桿(而不是采用多根加長桿)。這種配置可提供更高的剛性和更好的控制,但通常只限于直徑較小的鏜孔加工。

  對于長懸伸鏜削,與只考慮標稱鏜孔長度和孔徑的刀具配置方案相比,采用較大的懸伸部連接尺寸,只在必要時減小刀具直徑的模塊化鏜削系統具有更好的剛性。

  刀片牌號和幾何形狀

  刀片是工件與刀具之間的關鍵接觸點。如果刀片與鏜削加工不匹配,即使鏜刀系統剛性極好,對鏜頭進行了精確平衡,可能也難以獲得理想的加工性能。

  如果刀片幾何形狀無法保證切削的穩定性,采用再好的刀片牌號也無濟于事。壓制幾何形狀的鏜刀片通常采用比較保守的斷屑臺,在穩定的加工條件下可保持較長的使用壽命,但其徑向切深至少應為刀尖圓弧半徑的1/2。在一些條件嚴苛的鏜削加工中(如深孔或長懸伸鏜削、長切屑材料鏜削,或機床和/或夾具導致工件夾持不穩),磨制幾何形狀的鏜刀片能夠更自由地進行切削。

  對于特定的鏜孔加工,所用的刀片牌號和涂層在不斷升級換代。鏜削鋼制工件時,最常用的是金屬陶瓷和三層涂層硬質合金牌號。涂層硬質合金牌號也可用于鑄鐵的鏜削加工,如果加工條件穩定,氮化硅陶瓷刀片和某些立方氮化硼(CBN)牌號也可用于鑄鐵鏜孔。鋁和其它有色金屬材料可用未涂層硬質合金刀片進行鏜削加工,此類刀片通常具有大正角的磨制斷屑臺,以防止產生長條形切屑。對于這些材料的高速精鏜加工,具有聚晶金剛石(PCD)刀尖或涂層的刀片可能也是一種不錯的選擇。必須記住,切削穩定性是延長刀片壽命的第一要求。

  切削速度和進給率

  在考慮了所有其他因素之后,還需要確定切削速度和進給率是否合適。這些切削參數對于獲得最佳自由切削條件至關重要。比較理想的鏜削狀態是采用很高的切削速度和比較適中的進給率,但這也可能會受到上述各種條件的限制。

  在使用雙刃鏜刀的粗鏜加工中,一種常見的錯誤是簡單地將單點鏜削的進給率乘以2。這種計算方法通常并不正確:對于相同孔徑的鏜削加工,雙刃粗鏜刀的進給率可以達到精鏜刀的4倍,這是因為粗鏜刀可以采用更大的刀尖圓弧半徑。例如,如果精鏜刀的刀尖半徑為0.2mm或0.4mm,粗鏜刀片就可以采用0.8mm的刀尖半徑。刀尖圓弧半徑值翻倍,加上使用兩個刀片,其進給率可達到單刃精鏜刀的4倍。

  一般來說,粗鏜加工并不要求達到非常精細的表面光潔度,因此,可以采用剛性更好的鏜刀,以更高的切削速度進行加工。如果雙刃鏜刀的進給率太小,將會由于加工余量不合適而導致顫振。粗鏜刀用于較大負荷的鏜削加工,需要切除更多工件材料和采用更大的進給率。

  加工人員有時難以確定精鏜加工合適的表面切削速度。優化切削速度對于延長刀片壽命至關重要。如果以非常高的切削速度進行大負荷鏜削加工,將會產生大量切削熱,縮短刀片壽命。而減輕切屑負荷可以降低切削溫度,從而使鏜刀片能以更高的表面進給率進行加工。

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