與外圓和端面加工相比較,內(nèi)孔鏜削容易產(chǎn)生各種故障。在加工過程中,刀片切削刃在孔內(nèi)部,肉眼無法觀察,因此不易查明故障起因,這將給操作者帶來諸多不便。
內(nèi)孔加工的主要故障是由顫振和排屑不良引起的加工表面質(zhì)量下降和刀具崩刃、折斷等。其中,顫振是重要的原因之一。顫振的產(chǎn)生緣于刀具伸出長度與刀桿直徑之比(L/d)過大,刀具剛性不足。另外,鏜刀與鉆頭不同,鉆頭有兩個切削刃參加切削,是一種相對平衡的刀具,而鏜刀則是由一個切削刃參加切削,即所謂的單點切削刀具,因此受撓曲和扭轉(zhuǎn)性能的影響十分明顯,極易誘發(fā)顫振。
為了抑制顫振的產(chǎn)生,在實際生產(chǎn)中通常都采取如下一些措施:
①盡可能縮短刀具伸出長度
②降低切削速度;②加大進給量,讓切削力轉(zhuǎn)移至軸向一側(cè)
③使用大前角刀片或正前角刀片,以降低切削力
④減小刀尖圓弧R,以降低吃刀抗力
⑤在小切深加工時,減小切削刃倒棱寬度,以保持良好的切入性能。
但以上措施均受到切削條件的制約,有時甚至?xí)m得其反,使消除顫振成為十分棘手的難題。如工件需要進行深孔加工時,鏜刀伸出長度就無法縮短;降低切削速度便會降低加工效率;加大前角,容易產(chǎn)生崩刃;減小刀尖圓弧R,將使表面粗糙度惡化等。尤其在深孔、盲孔加工中,切屑很難從加工孔中排出,繼續(xù)切入,刀具極易崩刃或劃傷已加工表面。切屑堵塞嚴重時,還可能導(dǎo)致刀具折斷。尤其在加工小直徑深孔時,由于刀具與被加工材料間的余隙非常小,排屑更加困難,故障也會更多。
深孔鏜削加工的棘手問題層出不窮,因此,用戶迫切希望工具廠家能開發(fā)出高效率和高可靠性的鏜削工具。日本三菱綜合材料公司為滿足用戶的這種要求,最近開發(fā)出一種防振性能優(yōu)異的dimple鏜桿,有鋼制整體式和硬質(zhì)合金制刀桿兩種類型,下面介紹其特點和切削效果。
一、鋼制dimple鏜桿
1.特點
鋼制整體式dimple鏜桿在設(shè)計刀具形狀時,著重考慮在保持良好剛性的前提下,盡可能減輕鏜削頭重量,從而大幅度提高消減振動的阻尼性能。鋼制dimple鏜桿的特點如下:
(1)在鏜削頭背面加工有深窩,可減輕頭部的重量。
(2)截面形狀可抑制刀具變形,輕型鏜削頭可減輕顫振,伸出長度達過去同類產(chǎn)品的5倍。
(3)兩個方向均有容屑槽,排屑性能良好。
(4)刀桿側(cè)面有激光打印的刻度,便于操作者參照應(yīng)用。
(5)刀體進行過Ni基物質(zhì)涂層處理,呈銀白色,與過去的發(fā)黑處理相比,防銹性能和使用壽命均有較大提高。
(6)刀片有80°、55°及35°菱形、80°凸三角形、正方形、三角形等多種形狀,可滿足不同加工的需要。
(7)刀桿直徑有φ8-25mm六種規(guī)格,供80°菱形、三角形、凸三角刀片使用;φ10-20mm四種規(guī)格,供55°菱形刀片使用。
(8)刀片采用11°正前角,切削鋒利度優(yōu)異;斷屑槽采用MV型,排屑性能良好;此外,還有一種磨制的斷屑槽,可進一步提高加工表面精度。
(9)刀片材料有硬質(zhì)合金、超高壓燒結(jié)體及各種涂層刀片,均已實現(xiàn)標準化。
2.切削效果
(1)消減振動及防止變形
用φ16mm刀桿的dimple鏜桿與原有的鏜桿在同等條件下加工L/d=5深孔時,dimple鏜桿消減振動效果提高21%。另外,由于dimple鏜削頭采用了最佳形狀配置,軸向力和徑向力沿著截面分配合理,與原有鏜桿相比,刀具變形量減少17%。
(2)斷屑效果
dimple鏜桿采用的MV型斷屑槽,是由球狀凹槽和另外兩個斜槽壁組合而成的新型斷屑槽結(jié)構(gòu),具有廣泛的切屑處理功能。切屑被分斷為有規(guī)則的細小卷曲形狀,排屑流暢,且不會劃傷已加工孔的表面。
(3)加工實例
在切深0.5mm、進給量0.1mm/r、切削速度80m/min、刀具伸出長度L/d=5的條件下加工SCM440材料時,其他公司的鏜桿易出現(xiàn)顫振,不少加工表面被劃傷,而dimple鏜桿卻可平穩(wěn)加工,加工表面質(zhì)量良好。如切削速度提高至160m/min、L/d=4,其他公司的鏜桿加工后,在加工面上會留下明顯的波紋狀顫振痕跡,而dimple鏜桿的加工面則非常光滑平整,精度仍可保持在極為優(yōu)異的水平上。
二、硬質(zhì)合金dimple鏜桿
1.特點
硬質(zhì)合金的彈性模量為鋼的3倍以上,因此,材料本身就具有良好的抗顫振性能。三菱綜合材料公司采用的硬質(zhì)合金比一般的硬質(zhì)合金具有更高的剛性,是一種防振性能良好的工具材料。此種鏜桿的頭部仍由鋼制作,柄部為硬質(zhì)合金,其結(jié)合形狀采用錐形結(jié)合方式。此種方式可提高兩者的結(jié)合強度。由于硬質(zhì)合金鏜桿剛性良好,其伸出長度約為鋼制鏜桿的1.6-2倍。
硬質(zhì)合金dimple鏜桿供油孔的位置結(jié)構(gòu)可保證冷卻液直接流向切削刃,這一特點對于深孔加工極為重要。內(nèi)部供液效果可使切屑排出變得十分流暢,所用刀片可選80°菱形刀片或經(jīng)濟適用的三角形刀片。刀桿直徑有φ8-20mm共五種規(guī)格,其中兩種短柄(相當于全長的1/2、2/3)和三種標準長度,可根據(jù)工件情況酌情選取。
2.加工效果
在切削速度80m/min、切深0.5mm、進給量0.1mm/r、伸出長度L/d=8的條件下,加工SCM440(185HB),其他公司同類鏜桿加工出的工件表面帶有明顯的顫振痕跡,而硬質(zhì)合金dimple鏜桿加工出的表面卻十分光滑,與車削痕跡類似。L/d=8的鏜削加工是一種非常困難的加工,硬質(zhì)合金dimple鏜桿由于具有良好的減振效果,因而在如此苛刻的條件下,仍能進行高精度的穩(wěn)定切削。