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高速车削tc4钛合金硬质合金刀片槽型对刀具磨损的影响

 tc4钛合金具有比强度高、高温热强性和耐热功能高、抗腐蚀性好等尤秀功能，因而成为航空航天工业中应用前景极其宽广的资料。一起，因为化学活性大、变形系数小、热传导率低一级特色又使其成为一种典型的难加工资料。现在，硬质合金是切削tc4钛合金的首要刀具资料，且可转位硬质合金刀片的使用越来越广泛。在加工过程中，可转位刀片的槽型对切削过程有很大影响，---学者对刀片槽型对切削加工的影响进行了深入的研讨，波兰学者grzesik对三维槽型刀具切削钢材的切屑折断机理进行了研讨，发现对触摸面的控制是影响切屑折断的一个重要因素。中山一雄以为:切屑受挤压而弯曲是因为断屑槽施加弯矩效果的结果，并以为断屑槽型的不同会导致断屑功能的不同。worthington等人研讨了棱带宽度在切削过程中的断屑效果，并给出棱带的宽度范围，一起给出了切屑弯曲半径。方宁研讨了刀片槽型对断屑功能的影响，并应用多重线性办法，建立了两种预测新型刀片断屑功能的数学模型。

 综上所述，现在对切削加工中槽型对切削影响的研讨首要集中在断屑方向。事实上，刀片的槽型对刀片本身的磨损也有很大影响，---是高速切削tc4钛合金时刀具磨损很快，此刻，槽型对刀片磨损的影响就显得更为---。本文选用山特维克可乐满cnmg120408刀片的sm和qm两种槽型进行研讨，通过实验来比照剖析不同切削速度下两种槽型刀片的磨损特色。

 1 实验设备及条件

 1.1 实验设备

 实验选用的是沈阳地一机床厂出产的数控车床cak6150(如图1)，其主轴蕞大转速为1800r/min。

 刀片磨损的观测选用基恩士vhx-1000c型超景深三维显微体系(如图2)。

 1.2 刀片的几许参数及槽型特征

 实验选用刀片的商标为h13a，它是山特维克可乐满公司针对钛合金及耐热合金切削开发的一种新型细晶硬质合金刀具商标，具有---的耐磨粒磨损性和韧性，适用于钛合金的车削加工。

 刀片型号为cnmg120408，其安装后的刀具几许参数如表1。

 实验选用了cnmg120408的两种槽型，即qm槽型和sm槽型刀片进行比照研讨。两种刀片槽型的结构特征如图3所示，它们的前角均为15°，qm槽型选用波涛形槽背，一起它具有较大的棱带宽度，宽深比较小。sm槽型的棱带宽度较小，---可以忽略，因而刀刃比较尖利，槽型较陡峭，宽深比较大。

 1.3 实验方案

 tc4钛合金常用切削速度为40～50m/min，为深入研讨高速车削时刀片槽型对刀具磨损的影响规律，实验选择两种不同的切削速度进行比照剖析，其切削速度分别为：95m/min、139m/min。详细切削条件如表2所示。

 2 实验结果及剖析

 2.1 切削速度为95m/min时刀具磨损的形状

 图4为切削速度95m/min时两种槽型刀片的磨损情况。在前刀面上，两种槽型刀片的磨损描摹首要是月牙洼磨损，qm槽型刀片磨损更为---，---察到刀具资料因为高温发生了塑性变形。在后刀面上，因为钛合金的回弹较大，后刀面和工件的触摸应力增大，切削区的温度升高，因而刀具后刀面的磨损比切削其他资料时要相对---一些。由图4可知，两种槽型刀片中qm槽型刀片后刀面磨损比sm槽型刀片---得多，可以显着观察到刀具资料高温软化后工件资料中的硬质点在刀具上划擦发生的犁沟，一起可见因为高温使刀具资料发生塑性变形引起的粘结磨损。sm槽型刀片的后刀面磨损较轻，仅发生了较小的机械磨损，未见显着犁沟

 图5为两种槽型刀片在切削速度95m/min时的磨损曲线，可以看出，在切削初始阶段qm槽型刀片磨损稍大，跟着切削的持续，sm槽型刀片有很长的一段正常磨损阶段，切削旅程到达1400m后，后刀面磨损量仍小于0.15mm。qm槽型刀片的正常磨损阶段要短得多，后刀面磨损量在切削旅程为1300m时到达0.25mm，此后刀具磨损加重，进入急剧磨损阶段，切削旅程到达1400m时后刀面磨损量已---0.5mm。在切削速度为95m/min时sm槽型刀片的磨损显着小于qm槽型刀片，sm槽型刀片具有---的切削功能。

 2.2 切削速度为139m/min时刀具磨损的形状

 图6为切削速度为139m/min时两种槽型刀片的磨损情况。两种槽型刀片在前刀面上的月牙洼磨损均较为---，且均---察到高温引起的塑性变形。在后刀面上，两种槽型刀片均能显着观察到因为高温发生的粘结磨损和刀具资料高温软化后发生的犁沟磨损，且sm槽型刀片的后刀面磨损较重。

 图7为两种槽型刀片在切削速度为139m/min时的磨损曲线，可以看出，在切削初始阶段，两种槽型刀片磨损大致相同，跟着切削的持续，两种槽型刀片的磨损均较快，首要原因是高速切削时刀具与工件触摸频率增大，刀尖的散热时刻缩短，导致切削区的温度急剧添加，刀具磨损速度加快。与切削速度为95m/min时不同，此刻qm槽型刀片磨损相对较小，切削旅程到达300m曾经刀具的磨损都比较平稳，为正常磨损阶段，而sm槽型刀片在切削旅程到达250m时就进入了急剧磨损阶段，正常磨损阶段较短。与切削速度为95m/min时相比，两种槽型刀片的磨损均敏捷得多。sm槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时，切削旅程不足450m，刀具使用寿命比切削速度为95m/min时大幅下降。qm槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时，切削旅程约为500m，刀具使用寿命不及切削速度为95m/min时的一半。在整个磨损过程中qm槽型刀片的磨损小于sm槽型刀片，此刻qm槽型刀片具有---的切削功能。

 2.3 两种切削速度下两种槽型刀片功能差异的剖析

 比较图5和图7不难发现，两种槽型刀片在两种切削速度下的切削功能体现恰好相反。在相对较低的95m/min切削条件下，sm槽型要比qm槽型刀片的切削功能好，而在相对较高的139m/min切削条件下，结果相反，qm槽型刀片的磨损一向小于sm槽型刀片。

 如图3所示，剖析sm槽型与qm槽型的区别可知，sm槽型刀片刃口尖利，刀尖体积较小，qm槽型刀片刃口粗钝，刀尖体积较大。在切削过程中切削区的温度是影响刀具磨损机理与速率的决定性因素，硬质合金刀具优点，而切削区的温度又由切削时切削热的发生速率与散出速率一起决定。换言之，切削时单位时刻发生的热量经切屑、刀具、工件和周围介质散出后，留存在切削区内的热量决定了其切削温度，进而决定了刀具的磨损机理与速率。

 选用95m/min的切削速度时，因为sm槽型刀片刃口尖利，切屑早年刀面流出更顺畅，摩擦热发生较少，切削区内刀尖处的温度相对较低，因而sm槽型刀片磨损较少。

 当选用139m/min的切削速度时，高速切削条件下两种槽型刀片发生切削热的速率均远高于较低的95m/min速度时的切削加工，此刻切削区的散热条件对切削区温度的影响效果---出来。在干切削时切削热的传出途径除掉切屑和工件散热外，刀具散热是切削热传出的重要途径，---是关于导热性不好的钛合金零件，其工件散热较慢，刀具散热就显得更为重要。此刻，硬质合金刀具价格，sm槽型刀片虽然产热较少，但其散热条件相对更差，qm槽型刀片虽然产热较多，但其粗钝的刃口和较大的刀尖体积------了散热条件，这样，在切削热的发生与散出这对对立中，qm槽型刀片胜出，qm槽型刀片在切削区内刀尖处的温度低于sm槽型。一起，此刻两种槽型刀片的切削温度都远高于95m/min时的切削温度，粘接磨损成为此刻刀具的首要磨损方式。qm槽形刀片刃口粗钝，更有利于抵抗工件资料的粘接，然后减小刀具的磨损。因而，在切削速度为139m/min时，硬质合金刀具材料，qm槽形刀片体现出---的切削功能。

车刀装置状况的好坏直接影响到被加工零件的尺度精度和外表粗糙度，假如我们不留意车刀的正确装置，就会降低切削效果，乃至损坏刀具和工件。

1.车刀装夹的基本要求

　　（1）车刀不能伸出刀架太长，在满意车削的状况下，尽可能伸出短些。因为车刀伸出过常，刀杆刚性相对削弱，简单发生振荡，使车出的工件外表光洁度差。一般车刀伸出的长度不---刀杆厚度的2倍。切槽刀车刀伸出的长度比槽深多2～3mm。 堵截刀车刀伸出的长度比工件壁厚多2～3mm。 　

　（2）车刀刀尖应对准工件的中心。车刀装置得过高或过低都会引起车刀视点的变化而影响正常切削。

　　（3）车刀刀杆应与车床主轴轴线垂直 。

　　（4）装车刀用的垫片要平整，尽可能地用厚垫片以削减片数，一般只用2～3片。如垫刀片的片数太多或不平整，会使车刀发生振荡，影响切削。各垫片应垫在在刀杆正下方，前端与刀座边际齐。

　　（5）装上车刀后，要紧固刀架螺钉，一般要紧固两个螺钉。紧固时，应运用---扳手轮换逐一拧紧。不必加力杆，避免使螺钉受力过大而损害。

　　为进步车削作业效率，刃磨车刀时充分考虑刀具各刃的综合应用，车刀装置在刀架上，在不滚动或少滚动刀架的状况下完结尽量多的作业。下面介绍几种批量生产时车刀的装夹方法。

2. 车刀的装夹方法

　　（1）如图1所示，工件需求车外圆、车端面、倒角，假如只用一把车刀需求滚动刀架。

　　若把车刀前面磨成如图2所示，在不滚动刀架的状况下就能够完结车外圆、车端面、倒角作业。

　　（2）如图3所示，工件需钻孔、孔口倒角。一般状况下需求麻花钻、外圆车刀、孔口倒角用车刀、450偏刀（或将外圆车刀偏转车端面）

　　若将车刀前面磨成如图4，车端面时，从工件外圆车至工件中心，在工件中心处纵向移动2.7mm，然后中滑板退刀进行孔口倒角至要求，然后削减刀具装夹，削减作业程序，进步效率。

　　（3）如图5所示，轴上切槽、槽的两端倒角。一般状况下需求切槽刀，而且需求偏转刀架倒角，而左端的倒角很简单碰到卡盘，极不安全。若将切槽刀左右刃别离刃磨来契合倒角要求（如图6的车刀前面图），不需求偏转刀架即可完结切槽、倒角的作业。

　　（4）如图7所示，工件需求车外圆、车端面、切槽、倒角、倒圆。将车刀前面刃磨成如图8所示，不滚动刀架的状况下一次完结一切操作。ad刃车外圆，ab刃起修光效果。ab刃切端面挨近中心时de刃倒圆。ab刃切槽时，bc刃倒角。

　　（5）如图9所示，对管材孔口倒角和端面倒角。可将车刀前面刃磨成如图10所示。车刀装在刀架上，调理固定好中滑板方位。经过小滑板调理轴向倒角的巨细。能够只动小滑板完结孔口倒角和端面倒角。

　　（6）如图11所示的导管。

　　按照如图12所示下料。备料时两切槽刀装夹于刀架上。右端切槽刀用于切端面、定位。左端切槽刀用于堵截。两刀刃切削距离28mm，然后---中滑板进刀一次完结下料作业。

　　（7）在普车上下料：将锯片式铣刀装在刀杆上，装夹于自定心卡盘上。如图13所示，将夹具装夹于刀架上，上孔穿工件并用内六角螺母锁紧，下孔穿限位资料并用内六角螺母锁紧（以便快速确定资料尺度）。中滑板进刀即可完结下料作业，然后将车床改为简易铣床用。

3.刃磨留意事项

　　批量生产机遇夹车刀不一定满意车削要求，一般要根据图样要求自己刃磨车刀，刃磨时应留意以下几方面：

　　（1）砂轮的挑选：氧化铝砂轮（白色）适用于刃磨高速钢车刀和硬质合金车刀的刀杆部分。（绿色）碳化硅砂轮适用于刃磨硬质合金车刀刀头。粗磨时挑选较粗的磨粒能够进步生产率。精磨时挑选较细的磨粒能够减小外表粗糙度。

　　（2）砂轮的修整：刃磨前用砂轮刀、砂条或金刚笔对砂轮外表进行修整，在修整时稍加压力并来回移动。

　　（3）车刀高低有---控制在砂轮水平中心。刀尖上翘约3°～8°，车刀触摸砂轮应作左右方向水平移动。当车刀脱离砂轮时，刀尖需向上抬起，以防磨好的刀刃被砂轮碰伤。磨主后边时，刀杆尾部向左偏过一个主偏角的视点，磨副后角时，刀杆尾部向右偏过一个副偏角的视点。修磨刀尖圆弧时，通常以左手握车刀前端为支点，用右手滚动车刀尾部。

　　（4）刃磨车刀时，双手握车刀，轻靠砂轮旋转外表，并作水平方向的左右缓慢移动，避免砂轮外表呈现凹坑，直至刃磨视点完结。

　　（5）刃磨硬质合金车刀时，不可把刀头部分放入水中冷却，以防刀片突然冷却而碎裂。 刃磨高速钢车刀有---随时沾水冷却，以防退火。

　　（6）粗磨:磨主后边，常州硬质合金刀具，一起磨出主偏角及主后角；磨副后边， 一起磨出副偏角及副后角；磨前面，一起磨出前角及刃倾角。

　　（7）精磨：修磨前面、修磨主后边和副后边、修磨刀尖圆弧。

　　（8）研磨：经过刃磨的车刀，其切削刃有时不行平滑，这时用油石加少量机油对切削刃进行研磨，能够进步刀具---度和工件外表的加工。研磨时将油石与刀面贴平，然后将油石沿刀面上下或左右移动。研磨时要求动作平稳，用力均匀，不能破坏刃磨好的刃口。

　　（9）经过目测法、样板法、视点测量仪查看刀具是否契合要求，也能够进行试车查看。批量生产时将车刀刃磨成契合图样车削要求，在不滚动刀架或少滚动刀架的状况下完结尽量多的作业能蕞大---的进步加工效率。但对操作者要求较高，需求在作业中不断加以总结进步。