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- 主營產(chǎn)品|溫州鎢鋼平頭銑刀,溫州金屬-批發(fā)價(jià)格,江蘇鎢鋼合金銑刀生產(chǎn)廠家
- 單位地址| 江蘇省常州市西夏墅鎮(zhèn)翠屏湖路19號(hào)13棟
高速車削tc4鈦合金硬質(zhì)合金刀片槽型對(duì)刀具磨損的影響
tc4鈦合金具有比強(qiáng)度高、高溫?zé)釓?qiáng)性和耐熱功能高、抗腐蝕性好等尤秀功能，因而成為航空航天工業(yè)中應(yīng)用前景極其寬廣的資料。一起，因?yàn)榛瘜W(xué)活性大、變形系數(shù)小、熱傳導(dǎo)率低一級(jí)特色又使其成為一種典型的難加工資料�，F(xiàn)在，硬質(zhì)合金是切削tc4鈦合金的首要刀具資料，且可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的使用越來越廣泛。在加工過程中，可轉(zhuǎn)位刀片的槽型對(duì)切削過程有很大影響，-外學(xué)者對(duì)刀片槽型對(duì)切削加工的影響進(jìn)行了深入的研討，波蘭學(xué)者grzesik對(duì)三維槽型刀具切削鋼材的切屑折斷機(jī)理進(jìn)行了研討，發(fā)現(xiàn)對(duì)觸摸面的控制是影響切屑折斷的一個(gè)重要因素。中山一雄以為:切屑受擠壓而彎曲是因?yàn)閿嘈疾凼┘訌澗匦Ч慕Y(jié)果，并以為斷屑槽型的不同會(huì)導(dǎo)致斷屑功能的不同。worthington等人研討了棱帶寬度在切削過程中的斷屑效果，并給出棱帶的寬度范圍，一起給出了切屑彎曲半徑。方寧研討了刀片槽型對(duì)斷屑功能的影響，并應(yīng)用多重線性辦法，建立了兩種預(yù)測(cè)新型刀片斷屑功能的數(shù)學(xué)模型。
綜上所述，現(xiàn)在對(duì)切削加工中槽型對(duì)切削影響的研討首要集中在斷屑方向。事實(shí)上，刀片的槽型對(duì)刀片本身的磨損也有很大影響，-是高速切削tc4鈦合金時(shí)刀具磨損很快，此刻，槽型對(duì)刀片磨損的影響就顯得更為-。本文選用山特維克可樂滿cnmg120408刀片的sm和qm兩種槽型進(jìn)行研討，通過實(shí)驗(yàn)來比照剖析不同切削速度下兩種槽型刀片的磨損特色。
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)選用的是沈陽地一機(jī)床廠出產(chǎn)的數(shù)控車床cak6150(如圖1)，其主軸蕞大轉(zhuǎn)速為1800r/min。
刀片磨損的觀測(cè)選用基恩士vhx-1000c型超景深三維顯微體系(如圖2)。
1.2 刀片的幾許參數(shù)及槽型特征
實(shí)驗(yàn)選用刀片的商標(biāo)為h13a，它是山特維克可樂滿公司針對(duì)鈦合金及耐熱合金切削開發(fā)的一種新型細(xì)晶硬質(zhì)合金刀具商標(biāo)，具有-的耐磨粒磨損性和韌性，適用于鈦合金的車削加工。
刀片型號(hào)為cnmg120408，其安裝后的刀具幾許參數(shù)如表1。
實(shí)驗(yàn)選用了cnmg120408的兩種槽型，即qm槽型和sm槽型刀片進(jìn)行比照研討。兩種刀片槽型的結(jié)構(gòu)特征如圖3所示，它們的前角均為15°，qm槽型選用波濤形槽背，一起它具有較大的棱帶寬度，寬深比較小。sm槽型的棱帶寬度較小，-可以忽略，因而刀刃比較尖利，槽型較陡峭，寬深比較大。
1.3 實(shí)驗(yàn)方案
tc4鈦合金常用切削速度為40～50m/min，為深入研討高速車削時(shí)刀片槽型對(duì)刀具磨損的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)選擇兩種不同的切削速度進(jìn)行比照剖析，其切削速度分別為：95m/min、139m/min。詳細(xì)切削條件如表2所示。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及剖析
2.1 切削速度為95m/min時(shí)刀具磨損的形狀
圖4為切削速度95m/min時(shí)兩種槽型刀片的磨損情況。在前刀面上，兩種槽型刀片的磨損描摹首要是月牙洼磨損，qm槽型刀片磨損更為-，-察到刀具資料因?yàn)楦邷匕l(fā)生了塑性變形。在后刀面上，因?yàn)殁伜辖鸬幕貜椵^大，后刀面和工件的觸摸應(yīng)力增大，切削區(qū)的溫度升高，因而刀具后刀面的磨損比切削其他資料時(shí)要相對(duì)-一些。由圖4可知，兩種槽型刀片中qm槽型刀片后刀面磨損比sm槽型刀片-得多，可以顯著觀察到刀具資料高溫軟化后工件資料中的硬質(zhì)點(diǎn)在刀具上劃擦發(fā)生的犁溝，一起可見因?yàn)楦邷厥沟毒哔Y料發(fā)生塑性變形引起的粘結(jié)磨損。sm槽型刀片的后刀面磨損較輕，僅發(fā)生了較小的機(jī)械磨損，未見顯著犁溝
圖5為兩種槽型刀片在切削速度95m/min時(shí)的磨損曲線，可以看出，在切削初始階段qm槽型刀片磨損稍大，數(shù)控刀片鎢鋼，跟著切削的持續(xù)，sm槽型刀片有很長的一段正常磨損階段，切削旅程到達(dá)1400m后，后刀面磨損量仍小于0.15mm。qm槽型刀片的正常磨損階段要短得多，后刀面磨損量在切削旅程為1300m時(shí)到達(dá)0.25mm，此后刀具磨損加重，進(jìn)入急劇磨損階段，切削旅程到達(dá)1400m時(shí)后刀面磨損量已-0.5mm。在切削速度為95m/min時(shí)sm槽型刀片的磨損顯著小于qm槽型刀片，sm槽型刀片具有-的切削功能。
2.2 切削速度為139m/min時(shí)刀具磨損的形狀
圖6為切削速度為139m/min時(shí)兩種槽型刀片的磨損情況。兩種槽型刀片在前刀面上的月牙洼磨損均較為-，且均-察到高溫引起的塑性變形。在后刀面上，兩種槽型刀片均能顯著觀察到因?yàn)楦邷匕l(fā)生的粘結(jié)磨損和刀具資料高溫軟化后發(fā)生的犁溝磨損，且sm槽型刀片的后刀面磨損較重。
圖7為兩種槽型刀片在切削速度為139m/min時(shí)的磨損曲線，可以看出，在切削初始階段，兩種槽型刀片磨損大致相同，跟著切削的持續(xù)，數(shù)控刀片槽型，兩種槽型刀片的磨損均較快，首要原因是高速切削時(shí)刀具與工件觸摸頻率增大，刀尖的散熱時(shí)刻縮短，導(dǎo)致切削區(qū)的溫度急劇添加，刀具磨損速度加快。與切削速度為95m/min時(shí)不同，此刻qm槽型刀片磨損相對(duì)較小，切削旅程到達(dá)300m曾經(jīng)刀具的磨損都比較平穩(wěn)，為正常磨損階段，而sm槽型刀片在切削旅程到達(dá)250m時(shí)就進(jìn)入了急劇磨損階段，正常磨損階段較短。與切削速度為95m/min時(shí)相比，兩種槽型刀片的磨損均敏捷得多。sm槽型刀片的后刀面磨損量到達(dá)0.3mm時(shí)，切削旅程不足450m，刀具使用壽命比切削速度為95m/min時(shí)大幅下降。qm槽型刀片的后刀面磨損量到達(dá)0.3mm時(shí)，切削旅程約為500m，刀具使用壽命不及切削速度為95m/min時(shí)的一半。在整個(gè)磨損過程中qm槽型刀片的磨損小于sm槽型刀片，此刻qm槽型刀片具有-的切削功能。
2.3 兩種切削速度下兩種槽型刀片功能差異的剖析
比較圖5和圖7不難發(fā)現(xiàn)，兩種槽型刀片在兩種切削速度下的切削功能體現(xiàn)恰好相反。在相對(duì)較低的95m/min切削條件下，sm槽型要比qm槽型刀片的切削功能好，而在相對(duì)較高的139m/min切削條件下，結(jié)果相反，qm槽型刀片的磨損一向小于sm槽型刀片。
如圖3所示，剖析sm槽型與qm槽型的區(qū)別可知，sm槽型刀片刃口尖利，刀尖體積較小，qm槽型刀片刃口粗鈍，刀尖體積較大。在切削過程中切削區(qū)的溫度是影響刀具磨損機(jī)理與速率的決定性因素，而切削區(qū)的溫度又由切削時(shí)切削熱的發(fā)生速率與散出速率一起決定。換言之，切削時(shí)單位時(shí)刻發(fā)生的熱量經(jīng)切屑、刀具、工件和周圍介質(zhì)散出后，留存在切削區(qū)內(nèi)的熱量決定了其切削溫度，進(jìn)而決定了刀具的磨損機(jī)理與速率。
選用95m/min的切削速度時(shí)，因?yàn)閟m槽型刀片刃口尖利，切屑早年刀面流出更順暢，摩擦熱發(fā)生較少，切削區(qū)內(nèi)刀尖處的溫度相對(duì)較低，因而sm槽型刀片磨損較少。
當(dāng)選用139m/min的切削速度時(shí)，高速切削條件下兩種槽型刀片發(fā)生切削熱的速率均遠(yuǎn)高于較低的95m/min速度時(shí)的切削加工，此刻切削區(qū)的散熱條件對(duì)切削區(qū)溫度的影響效果-出來。在干切削時(shí)切削熱的傳出途徑除掉切屑和工件散熱外，刀具散熱是切削熱傳出的重要途徑，-是關(guān)于導(dǎo)熱性不好的鈦合金零件，其工件散熱較慢，刀具散熱就顯得更為重要。此刻，sm槽型刀片雖然產(chǎn)熱較少，但其散熱條件相對(duì)更差，qm槽型刀片雖然產(chǎn)熱較多，但其粗鈍的刃口和較大的刀尖體積--了散熱條件，這樣，在切削熱的發(fā)生與散出這對(duì)對(duì)立中，qm槽型刀片勝出，qm槽型刀片在切削區(qū)內(nèi)刀尖處的溫度低于sm槽型。一起，此刻兩種槽型刀片的切削溫度都遠(yuǎn)高于95m/min時(shí)的切削溫度，粘接磨損成為此刻刀具的首要磨損方式。qm槽形刀片刃口粗鈍，更有利于抵抗工件資料的粘接，然后減小刀具的磨損。因而，在切削速度為139m/min時(shí)，qm槽形刀片體現(xiàn)出-的切削功能。
活塞環(huán)主要分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。
活塞環(huán)的作用
氣環(huán)的作用是-氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走；油環(huán)起布油和刮油的作用，下行時(shí)刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，上行時(shí)在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機(jī)油竄入氣缸中燃燒掉，又可以減少活塞與氣缸壁的摩擦阻力。此外，油環(huán)還能起到輔助封氣的作用。
活塞環(huán)的工作條件及性能要求
活塞環(huán)工作時(shí)受到氣缸中高溫、高壓燃?xì)獾淖饔茫瑴囟容^高（尤其是，溫度可達(dá)600k）�；钊h(huán)在氣缸內(nèi)做高速運(yùn)動(dòng)，加上高溫下部分機(jī)油出現(xiàn)變質(zhì)，使活塞環(huán)的潤滑條件變差，難以-液體潤滑，磨損-。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強(qiáng)度高、耐磨損。
活塞環(huán)的間隙
活塞環(huán)會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與高溫氣體接觸發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，而周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)又使其出現(xiàn)徑向脹縮變形。因此，為了-正常的工作，數(shù)控刀片，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)應(yīng)該具有以下間隙。
d—活塞環(huán)內(nèi)徑；b—活塞環(huán)寬度
*** 端隙又稱開口間隙，是指活塞環(huán)在冷態(tài)下裝入氣缸后，該環(huán)在上止點(diǎn)時(shí)，環(huán)的兩端頭之間的間隙。一般為0.25~0.50mm。
*** 側(cè)隙又稱邊隙，是指活塞環(huán)裝入活塞后，其側(cè)面與活塞環(huán)槽之間的間隙。第道環(huán)因?yàn)楣ぷ鳒囟雀�，間隙較大，一般為0.04~0.10mm；其他環(huán)一般為0.03~0.07mm。油環(huán)側(cè)隙比氣環(huán)小。
*** 背隙是指活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與活塞環(huán)槽底部間的間隙，一般為0.50~1.00mm。油環(huán)背隙較氣環(huán)大，有利于增大存油間隙，便于減壓泄油。
活塞環(huán)的泵油作用
由于側(cè)隙和背隙的存在，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其原因是，活塞下行時(shí)，活塞環(huán)靠在環(huán)槽的上方，活塞環(huán)從缸壁上刮下來的機(jī)油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞上行時(shí)，活塞環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時(shí)將機(jī)油擠壓到環(huán)槽上方。如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，就將缸壁上的機(jī)油泵入燃燒室。由于活塞環(huán)的泵油作用，使機(jī)油竄入燃燒室，會(huì)使燃燒室內(nèi)形成積炭和增加機(jī)油消耗，并且還可能在環(huán)槽（尤其是第道氣環(huán)槽）中形成積炭，使環(huán)卡死，失去密封作用，甚至折斷活塞環(huán)。
氣 環(huán)
*** 氣環(huán)的密封機(jī)理
活塞環(huán)有一個(gè)切口，且在自由狀態(tài)下不是圓環(huán)形，其外形尺寸比氣缸的內(nèi)徑大些，因此，它隨活塞一起裝入氣缸后，便產(chǎn)生彈力而緊貼在氣缸壁上。
活塞環(huán)在燃?xì)鈮毫ψ饔孟�，壓緊在環(huán)槽的下端面上，于是燃?xì)獗憷@流到環(huán)的背面，并發(fā)生膨脹，其壓力下降。同時(shí)，燃?xì)鈮毫?duì)環(huán)背的作用力使活塞環(huán)更緊地貼在氣缸壁上。壓力已有所降低的燃?xì)�，從第道氣環(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時(shí)，又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上，于是，燃?xì)庥掷@流到這個(gè)環(huán)的背面，再發(fā)生膨脹，其壓力又進(jìn)一步降低。
如此繼續(xù)進(jìn)行下去，從后一道氣環(huán)漏出來的燃?xì)�，其壓力和流速已�?jīng)-減小，因而泄漏的燃?xì)饬恳簿秃苌倭�。因此，為�?shù)很少的幾道切口相互錯(cuò)開的氣環(huán)所構(gòu)成的“迷宮式”封氣裝置，就-對(duì)氣缸中的高壓燃?xì)膺M(jìn)行有效的密封。
氣環(huán)的斷面形狀及各環(huán)間隙處的氣體壓力
*** 氣環(huán)的切口
氣缸內(nèi)的燃?xì)饴┤肭S箱的主要通路是活塞環(huán)的切口，因此，切口的形狀和裝入氣缸后的間隙大小對(duì)于漏入曲軸箱的燃?xì)饬坑幸欢ǖ挠绊�，切口間隙過大，則漏氣-，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率減��；間隙過小，活塞環(huán)受熱膨脹后就有可能卡死或折斷。切口間隙值一般為0.25~0.8mm。第道氣環(huán)的溫度，因而其切口間隙值。
氣環(huán)的切口形狀
直角形切口工藝性好；階梯形切口的密封性好，但工藝性較差；斜口形切口，斜角一般為30°或45°，其密封作用和工藝性均介于前兩種之間，但其銳角部位在套裝入活塞時(shí)容易折損；圖中(d)為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的帶防轉(zhuǎn)銷釘槽的切口，壓配在活塞環(huán)槽中的銷釘，是用來防止活塞環(huán)在工作中繞活塞中心線轉(zhuǎn)動(dòng)的。
*** 氣環(huán)斷面形狀
氣環(huán)的斷面形狀
*** 矩形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、散熱性好、廢品率低；缺點(diǎn)主要是有泵油作用，容易造成機(jī)油消耗量過大并有可能形成燃燒室積炭。另外，矩形環(huán)的刮油性、磨合性及密封性較差，現(xiàn)代汽車基本不采用。
*** 錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是與氣缸壁的接觸為線接觸，密封和磨合性能較好，刮油作用明顯，容易形成油膜以-潤滑；缺點(diǎn)是傳熱性能較差。錐面環(huán)主要應(yīng)用在除第道環(huán)外的其他環(huán)。
*** 扭曲環(huán)是當(dāng)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的一種活塞環(huán)，主要是因?yàn)榕でh(huán)除具有錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)之外，還能減小泵油作用，減輕磨損、提高散熱性能。安裝扭曲環(huán)時(shí)應(yīng)-注意：內(nèi)圓切槽向上，外圓切槽向下，不能裝反。
*** 梯形環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)是能把沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦擠出，從而避免了活塞環(huán)被黏結(jié)而出現(xiàn)折斷，同時(shí)其密封性能-，使用-；缺點(diǎn)主要是上下兩端面的精磨工藝較復(fù)雜。梯形環(huán)在熱負(fù)荷較大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上使用較多。
*** 桶面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以-潤滑，對(duì)活塞在氣缸內(nèi)擺動(dòng)的適應(yīng)性好，接觸面積小，有利于密封；缺點(diǎn)是凸圓弧面加工困難，多用于強(qiáng)化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的第道環(huán)。
油 環(huán)
油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種。
普通油環(huán)是用合金鑄鐵制造的。其外圓面的中間切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狹縫。油環(huán)上唇的上端面外緣一般均有倒角，可以使油環(huán)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠形成油楔。機(jī)油可以把油環(huán)推離氣缸壁，從而易于進(jìn)入油環(huán)的切槽內(nèi)。下唇的下端面外緣不倒角，這樣向下刮油能力較強(qiáng)。鼻式油環(huán)和雙鼻式油環(huán)的刮油能力-，但加工較困難。
油環(huán)及其刮油作用
油環(huán)的斷面形狀
對(duì)于由三個(gè)刮油鋼片和兩個(gè)彈性襯環(huán)組成的組合式油環(huán)，軸向襯環(huán)夾裝在第二、第三刮油片之間，徑向襯環(huán)使三個(gè)刮油片壓緊在氣缸壁上。這種油環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是，片環(huán)薄，對(duì)氣缸壁的比壓（單位面積上的壓力）大，因而刮油作用強(qiáng)；三個(gè)刮油片是各自獨(dú)立的，故對(duì)氣缸的適應(yīng)性好；重量輕；回油通路大。因此，組合油環(huán)在高速發(fā)動(dòng)機(jī)上得到較廣的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是制造成本高（片環(huán)的外表面必須鍍鉻，否則滑動(dòng)性不好）。
車刀材料的選擇
刀桿兩部分組成，刀桿一般是用碳素結(jié)構(gòu)鋼制成。由于刀頭擔(dān)任切削作業(yè)，因此刀頭資料有-具有下列-功能：
1）冷硬性。車刀在常溫時(shí)具有較高的硬度，即車刀的耐磨性。
2）紅硬性。車刀在高溫下保持切削所需的硬度，該溫度的蕞高值稱為紅熱硬度。
3）耐性。車刀切削部分接受轟動(dòng)和沖擊負(fù)荷所具有的強(qiáng)度和硬度。
車刀資料的以上三種功能是彼此聯(lián)絡(luò)、彼此制約的，在具體選用時(shí)，要根據(jù)工件資料的功能和切削要求分析選用，同時(shí)還要結(jié)合車刀資料在價(jià)格、工藝功能方面加以考慮，以便于以較低的本錢加工、刃磨和焊接制作車刀。
目前用來作車刀切削部分的資料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金和非金屬資料，碳素東西鋼、合金東西鋼多用作鉆頭、絲錐等東西，用作車刀的較少。現(xiàn)別離介紹作車刀刀頭的兩種主要資料：高速鋼及硬質(zhì)合金。
一、高速鋼
高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼，又叫鋒鋼、風(fēng)鋼或白鋼。常用的有wl8cr4v及w9cr4v2兩種牌號(hào)。其間用得多的是wl8cr4v高速鋼。它們的化學(xué)成分如表4-2所示。
高速鋼資料分為帶黑皮的高速鋼和表面磨光的高速鋼兩種。前者是未經(jīng)熱處理的高速鋼，后者是經(jīng)熱處理的高速鋼。高速鋼硬度較高，具有-的紅熱硬性，耐性和加工功能均較好。高速鋼車刀制作簡略，刃磨方便，容易磨得鋒利。由于高速鋼耐性好，常用于加工一些沖擊性較大、形狀不規(guī)則的零件，它也常用于制作精車刀，但因紅硬性不如硬質(zhì)合金，故不宜用于高速切削。
二、硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金是由難熔資料的碳化鎢、碳化鐵和鈷的粉末在高壓下成形，經(jīng)l350～1560（2高溫?zé)Y(jié)而成的資料，具有-的硬度，僅次于陶瓷和金剛石。硬質(zhì)合金的紅硬性-，買數(shù)控刀片，在1000℃左右仍能保持杰出切削功能；具有較高的運(yùn)用強(qiáng)度，其抗彎強(qiáng)度可-1000--1700mpa，但脆性大、耐性差、怕震，以上這些缺點(diǎn)可通過刃磨合理的角度加以克服，因此，硬質(zhì)合金現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。
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