金属陶瓷刀片加工灰铸铁的试验研究

1金属陶瓷刀片加工灰铸铁的试验研究：

金属陶瓷刀片加工灰铸铁的试验研究在加工灰铸铁时,遇到的具体情况为例说明金属陶瓷铣刀的优点。*先使用的硬质合金铣刀寿命短、刀尖处很快磨损、被加工零件表面达不到设计要求。后续引进了进口金属陶瓷铣刀,比硬质合金铣刀的寿命大大提高,但使用成本太高。金属陶瓷铣刀达到了进口金属陶瓷铣刀的性能和预期寿命,且性价比超过进口金属陶瓷铣刀,成功替代了进口金属陶瓷铣刀,降低了生产成本。本文针对金属陶瓷铣刀加工灰铁零件进行了试验研究。在金属陶瓷铣刀的设计过程中,对照原来的硬质合金铣刀设计参数及进口金属陶瓷的设计参数,进行优化后达到预期目标。由于所加工铸铁较硬,内部有少量气孔和夹杂,在钻削加工中造成铣刀端齿和周齿的磨损甚至崩刃。原来使用的硬质合金铣刀在加工20-30个零件时因刀尖磨损、零件表面光洁度达不到设计要求,不能继续使用。试验证明,金属陶瓷铣刀能够加工100-120个零件,刀具寿命延长了几倍,基本接近进口金属陶瓷铣刀寿命。

2试验条件

被加工灰铁零件主要有两种形式。被加工表面的光洁度要求比较高,拐角处要求清根所以铣刀的刀尖要求比较严格,稍微磨损就达不到清根要求,磨损后加工出的零件表面光洁度也会下降。

3试验过程及结果分析

3.1试验分析

原来使用的硬质合金铣刀在加工过程中很快会出现端齿尖角处磨损,磨损后的铣刀加工出来的零件表面留下振纹,达不到设计要求。铣刀在切削腔体的转角处要求清根,此时的切屑变形量是直线侧铣时的好几倍。大量切屑所携带的热量不能及时散热而传入刀尖内,使刀尖部分的温度升高,铣刀尖角处产生大面积磨损后失效。

刀具材料应与被加工材料匹配,刀具本身的耐磨性会极大影响刀具寿命。对加工零件表面有较高要求及需要清根时,硬质合金材料满足不了产品加工要求。金属陶瓷材料切削灰铁材料较为耐磨,通过现场试验,证明金属陶瓷材料加工的零件表面能够满足设计要求。

(1)金属陶瓷铣刀设计参数分析

针对被加工零件的具体要求,要求铣刀端齿的外缘较为耐磨(见图4)。为满足零件的表面要求,又需要铣刀寿命较长,所以金属陶瓷的槽前角是影响铣刀寿命的最重要的参数。常用铣刀的槽前角为8-10°。该铣刀的槽前角设计为3-5°,主要是为了增加刀尖的强度和刀尖处的散热体积,但槽前角不宜过小。精加工时为提高零件的表面光洁度前角应取较大值,可使切削轻快,有利于得到较好的表面质量;槽前角不宜过大,前角越大,刀尖强度越薄弱,就会很快磨损,加工出来的零件表面光洁度达不到设计要求。直径11.7mm的硬质合金铣刀刃部芯厚为

7.02mm。芯厚越大,刀具本身的强度越好,但过大会减小排屑槽的容量。灰铁材料在切削过程中形成的是崩碎型切屑且易排出,同时精加工铣刀的切屑不多,不存在切屑排出间题。金属陶瓷铣刀的切削速度比硬质合金高,为增加铣刀的强度,加强陶瓷铣刀的芯厚有利于铣刀在高速情况下的平稳性,达到提高工零件表面光洁度的目的。

(2)金属陶瓷铣刀制造

金属陶瓷铣刀的磨削制造跟硬质合金刀具比起来有较大差异。按照硬质合金刀具的磨削参数磨金属陶瓷时发现,磨削出来的金属陶瓷刀具在周齿及端齿处都有小爆口出现(见图4和图5),无法满足使用要求,需对铣刀周齿及端齿上的微小爆口进行消除。当磨削线速度和进给量降低为原来的1/3后,周齿上的爆口逐步消失。在增加了刀具抛光工序后,消除了金属陶瓷刀具上的微小爆口,但铣刀的槽面光洁度并不理想。

(3)铣刀表面涂层分析

整体硬质合金铣刀在加工灰铁时可不涂层,但近年来也开始使用涂层来提高刀具寿命。现场使用的进口金属陶瓷铣刀无涂层,所以我公司替换的金属陶瓷铣刀暂不涂层。

3.2试验过程

(1)加工现场调研

数控加工中心比较稳定,可保证加工出高质量的表面光洁度。需要加工零件的精加工表面,切削量少。刀具耐磨性较强,与硬质合金相比,在较高转速下切削平稳、轻快,可满足加工要求。

(2)对比试验

使用金属陶瓷铣刀加工到70个零件时,两项零件的表面光洁度情况见图6和图7。由图可知,两项零件的表面光洁度较好,能够满足设计要求

检测刀具发现刀尖处无明显磨损,可继续使用。为加工到70件时,试验用陶瓷铣刀的磨损情况。

在加工零件超过110个时,两项零件的表面光洁度见图9和图10。两项零件的表面局部均出现了较明显的振纹,已经达不到设计要求。

3.3试验结果

数控加工中心机床的稳定性好是加工出合格产品的一个重要因素。参照硬质合金铣刀的主要设计参数及进口金属陶瓷的设计理念,在金属陶瓷铣刀的具体磨削加工过程中不断改进磨削工艺及磨削用砂轮,经过多次试验后加工出合格的金属陶瓷铣刀。试切后再经过几次完善,可以达到进口金属陶瓷铣刀的寿命,极大降低了生产成本。

4结语

(1)成功替换了进口陶瓷铣刀,降低了加工成本;

(2)汇总了金属陶瓷的设计参数及金属陶瓷刀具在制造过程中的工艺要求

(3)总结得到符合该公司加工灰铁的加工参数,可延长刀具的寿命

(4)下一步的改善目标是给金属陶瓷铣刀选择合适的涂层,使零件被加工表面质量更好,铣刀寿命再有所提高