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高硬度材料加工及切削参数优选法则

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-02-07    浏览次数:176

1.优选法简介

(1)优选法定义

在金属切削加工过程中,经常遇到这样的问题,如何选择合理的刀具、操作工艺和制作过程,使产品质量好,效率高,生产成本低等等,所有这些都是优选的问题。优选法就是根据生产中的不同问题利用数学原理,合理安排试验点,减少试验次数,以求迅速而准确地找到最佳试验点的一种科学方法。它是广泛开展技术革新中一种行之有效的措施。

(2)优选法选用

高硬度耐磨材料加工过程中,应用优选法选择刀具的几何角度和切削参数,只需做十几次试验就可以达到良好的效果。优选法分为单因素方法和多因素方法两类。单因素方法有平分法、0.618法(黄金分割法)、分数法等;多因素方法有交替法(等高线法)、瞎子爬山法、试验设计法等。我们经常应用的优选法主要有0.618法、分数法及瞎子爬山法。

0.618法(黄金分割法),0.618法确定第一个试验点是在试验范围的0.618处。这点的数值可由公式一算出,公式一:(大-小)×0.618+小。再在第一点的对称点处找第二点,第二点的数值可用公式二算出,公式二:大+小-中(中不是中间,是上一次试验点)。此后试验点的数值都按公式二计算,把两次试验的结果进行比较,如果第一点比较好,则去掉第二点(坏点)以下的部分,如果第二点比较好,则去掉第一点(坏点)以上的部分。在留下的部分找出第二点的对称点即第三点做试验,按同样方法进行比较和取舍,留下好点,去掉“坏点”以外部分。就这样,试验比较,再试验再比较,一次比一次更接近合适的数值。应用此法,每次可以去掉试验范围的0.382,因此,可以以少量的试验次数,迅速找到最佳点。

分数法(0.618数),优选机床主轴转速和走刀量,一般用分数法进行优化比较方便。根据平日的加工经验,可把优选范围固定在从某挡到某挡之间。在这个范围内,如果共分5个、8个、13个、21个……区间(两个挡之间算一个区间),那么就可以按照分数3/5,5/8,8/13,13/21……的方法去找试验点,这些分数构成规律:后一个分数的分母等于前一分数的分子和分母相加,而分子就是前一个分数的分母。

瞎子爬山法:瞎子在山上某点,想要爬到山顶,怎么办?从立足处用明杖向前一试,觉得高些,就向前一步,如果前面不高,再向左一试,高就向左走一步,不高再向右一试,高就向右走一步……。这样一步一步地走,如果四面都不高,说明到了山顶。在切削过程中,为了提高工作效率,常常对机床的转速、走刀量、吃刀深度进行调整,直到合适为止。这种调整实际上应用了瞎子爬山法,它一般应用于小幅度的调整。

2.刀具及刀具几何参数

解决高硬度材料切削加工的关键之一是选择最佳刀具,随着技术的进步,供应厂家在开发车削刀具方面有了新的进展。目前,新型硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶氮化硼(CBN)以及聚晶金刚石(PCD)材料的刀具在加工硬度高的材料方面都得到了应用。

(1)刀具优选

刀具的选择是切削的重要基础,怎样才能选择出最佳刀具,从而以最经济的方式将硬度高的材料加工成最终的产品,每种刀具都选择试用不但不可能也没有必要,我们根据厂商推荐及平时使用比较好的刀具进行优选试验,先从硬质合金刀具开始,逐步试用理度较高且较贵的新型刀具,主要试用了YG8、YS8 、YT726、FBN3500等几种型号的刀具。

通过反复试验,我们最终选用了YS8和YT726两种型号的焊接合金刀具,YS8刀具,硬度≥92.5HRC,适用于铁基高温合金,高强度钢、冷硬铸铁、耐热不锈钢、高锰钢、淬火钢的车削。YT726刀具,硬度≥93HRC,红硬性高,耐磨性好,适于冷硬铸铁、淬火钢的车削。试验表明YS8刀具在粗加工时,效果较好。YT726刀具在精加工时,效果较好。这两种刀具不管是耐磨性,韧性还是经济性,使用效果还是相当满意的。

(2)刀具几何参数优选

切削加工过程中,车刀的角度需要进行优选,在加工高硬度材料合金件方面,优选后效果比较突出的刀具几何参数主要有前角、主偏角、刃倾角等。

前角:前角是刀具切削部分主要角度之一,刀具是否锋利,主要取决于前角的大小。向增大方向优选前角,可以减少切屑变形,降低切削力,切削时轻快。但前角过大,又会使刀尖变得薄弱,刀具的耐用度受到影响。相反,如果前角过小,又会增加切屑变形,切削费力。一般情况下,工件材料较硬时,应选取较小前角。

主偏角:主偏角是刀具上很重要的角度之一,对刀具的耐用度影响很大。在固定切削用量的情况下,如果减小主偏角,可以使切屑变薄,增加刀刃的散热长度,同时增大刀前角,提高了刀具的耐用度。过于减小主偏角,又相应使径向力显著增大,引起加工零件振动,产生波纹,甚至造成废品,还会使刀具崩坏,损坏机器。

刃倾角:刃倾角的主要作用是控制切屑流出方向。当刃倾角为正值时,切屑流向零件已加工表面;当刃倾角为零时,切屑流向刀具的前刀面,当刃倾角为负值时,可使切屑流向零件待加工表面。切屑流向直接影响到刀尖的受冲击情况。当向增大方向优选刃倾角时(一般优选后的刃倾角为正值);可使刀尖不先受冲击。但是刃倾角过大,径向力增大,会引起振动造成打刀。相反,刃倾角为负值时,刀尖受冲击。

(3)刀具切削用量优选

车刀角度的几何参数优选后,在高硬度材料合金件加工过程中,还需要进一步优选切削用量。切削用量用来表示切削时各运动参数的数量,它包括切削速度、吃刀深度和走刀量。

一般粗加工时,加工余量较大,因此应向增大方向优选出合适的吃刀深度,以便减少吃刀次数,其次优选走刀量,最后再优选切削速度。精加工时,加工余量较小,为了保证加工零件的精度和粗糙度,应向增大方向优选切削速度,其次优选走刀量,最后优选吃刀深度。断续切削时,由于加工零件表面不规则,加工零件对刀子的冲击力较大,因此,和连续切削相比,切削用量要向减小的方向优选。由于加工零件的材料和选用刀具的材料不同,以及所用机床的刚性也不同,因此应根据具体情况合理的优选切削用量。

 
 
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