提高銑刀銑削42CrMo 壽命的試驗(yàn)研究

黃紹華，賀鳳寶，張 偉，胡建忠

(大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 大連 116034)

42CrMo 是一種超高強(qiáng)度鋼，韌性塑性高，具有良好的淬透性，導(dǎo)熱性差，屬于難加工材料。調(diào)質(zhì)處理后的42CrMo 能抗多次沖擊能力和較高的疲勞極限，硬度較高，在38-42HRC 之間，且不容易斷屑，較長(zhǎng)的切屑在加工過(guò)程中易導(dǎo)致排屑困難。銑削可以加工零件的端平面，側(cè)面，曲面等［1-2］。銑削分為立銑和臥銑，加工效率高，是機(jī)械加工行業(yè)常用的切削方式之一。隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)切削行業(yè)提出了更高的要求，尤其是對(duì)刀具本身的應(yīng)用。

本文所要改進(jìn)的銑刀，是針對(duì)南京某公司銑削汽車連桿所用銑刀。該公司剛開始用的銑刀參數(shù)如表1 所示。此銑刀只能加工64 件連桿，不能滿足零件加工要求，根據(jù)客戶的要求，我們對(duì)銑刀的參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以提高銑刀的壽命。

觀察客戶使用的刀具，發(fā)現(xiàn)銑刀圓周刀刃出現(xiàn)崩刃，使得銑刀不能繼續(xù)使用，降低了刀具的壽命。為了提高銑刀的壽命，應(yīng)找出銑刀出現(xiàn)崩刃的原因。刀具出現(xiàn)崩刃的原因有很多，通常考慮的是切削刃的強(qiáng)度不夠，而影響切削刃強(qiáng)度的幾何參數(shù)是刀具楔角，楔角的大小又是由刀具切削刃的前角和后角決定。所以我們改變刀具的前角和后角，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察角度對(duì)刀具壽命的影響。另外，刀具的材料也直接影響切削刃的強(qiáng)度［3-4］。我們進(jìn)行以下改進(jìn)試驗(yàn)，以提高銑刀的壽命。

表1 改進(jìn)前銑刀參數(shù)

1 試驗(yàn)條件

1.1 被加工工件

汽車連桿高度為76.4mm 的上下兩個(gè)端面為被加工表面，如圖1 粗黑線所示平面，工件材質(zhì)為42CrMo。

圖1 汽車連桿

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

美國(guó)STAR PTG6 數(shù)控磨床，用來(lái)制造試驗(yàn)用的銑刀。

大連吉瑞刀具技術(shù)股份有限公司研制的刀具參數(shù)幾何測(cè)量?jī)xDJCLY92B，放大倍數(shù)是0 ～200 倍，用來(lái)檢測(cè)刀具的幾何參數(shù)和刀具切削刃的崩刃情況，如圖2 所示。

數(shù)控立式銑床，用來(lái)進(jìn)行銑削試驗(yàn)，如圖3 所示。

圖2 刀具幾何測(cè)量?jī)x

圖3 數(shù)控立式銑床

1.3 試驗(yàn)刀具

刀具切削刃的前角和后角，以及材料，會(huì)直接影響刀具的切削性能。為了提高刀具的切削性能，降低崩刀的情況，我們做了4 支不同的銑刀ABCD，刀具參數(shù)如表2 所示。刀具采用TiAlN 涂層，如圖4 所示。刀具材料X 的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表3 所示，刀具材料Y 的化學(xué)成分和性能如表4 所示

表2 銑刀幾何參數(shù)

圖4 試驗(yàn)銑刀

表3 X 化學(xué)成分和性能

表4 Y 化學(xué)成分和性能

1.4 加工參數(shù)

立式銑床的轉(zhuǎn)速2500r/min，進(jìn)給量0.2mm/r，冷卻方式采用澆注式。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

分別用上述4 把銑刀，在銑床上，銑削連桿端面。當(dāng)銑刀圓周刃上出現(xiàn)崩刃時(shí)，則停止加工。用刀具參數(shù)幾何測(cè)量?jī)x檢查刀具崩刃的情況。如圖5所示，以最大崩刃處為測(cè)量對(duì)象，測(cè)得崩刃的最大深度為H——在垂直于原始切削刃方向測(cè)量;測(cè)得崩刃的最大寬度為W——在平行于原始切削刃的方向測(cè)量。刀具參數(shù)幾何測(cè)量?jī)x的放大倍數(shù)調(diào)整到50倍，測(cè)得4 支刀的崩刃情況，如圖6 所示。

圖5 崩刃檢測(cè)示意圖

圖6 4 支刀的崩刃放大圖

測(cè)量?jī)x測(cè)量的結(jié)果如下表5 所示。

表5 崩刃測(cè)量值

由表5 可知，隨著刀的不斷改進(jìn)，崩刃處的最大深度值和最大寬度值在不斷減小。觀察銑刀的圓周刃，出現(xiàn)崩刃的數(shù)量也在相應(yīng)減少。說(shuō)明崩刃的情況得到了改善，銑刀銑削42CrMo 的銑削性能得到了提高。

表6 銑刀加工數(shù)量

表6 為不同改進(jìn)刀具加工工件數(shù)量。從表6 可以看出，隨著刀具后角和前角的減小，以及刀具材料的改變，銑刀的加工件數(shù)在不斷增加，從改進(jìn)前的64件增加到改進(jìn)后213 件，銑刀的壽命提高了233%，達(dá)到了企業(yè)要完成的任務(wù)要求。

后角減小時(shí)，由于楔角相應(yīng)增大，從而提高了切削刃的強(qiáng)度。同時(shí)楔角增大，刀具的散熱體積也變大，熱量容易擴(kuò)散，使得切削溫度降低，利于減輕刀具的磨損，刀具的耐用度得到改善。A 刀與公司所用的原刀相比，后角減小了2°，加工件數(shù)提高了19 件。刀具的后角也不宜過(guò)小，減小后角會(huì)增加切削力，使切削刃的熱量增加，降低刃口的韌性，會(huì)加速刀具的磨損。后角過(guò)小，切削與后刀面容易發(fā)生干涉，產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，不利于切削，所以后角有一個(gè)合理值，即合理后角。B 刀比A 刀加工件數(shù)提高了26 件，B 刀是在減小后角的基礎(chǔ)上，減小了刀的前角。減小前角，也是為了增大楔角，增加切削刃的強(qiáng)度。前角減小，切屑沿著前刀面的彎折角度變大，切屑變形大，容易折斷，改善了斷屑效果［3-4］。

A 刀(83 件)和B 刀(109 件)，雖然比原刀的加工件數(shù)(64 件)有所提高，但仍達(dá)不到公司所要求的件數(shù)(200 件)。為此，C 刀與D 刀我們換了銑刀的材料。用來(lái)制造刀具的材料，一定要有高的硬度，高耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度［5-6］。A，B 刀所用的刀具材料是國(guó)產(chǎn)料硬質(zhì)合金X，屬于鎢鈷類材料，硬度高，耐磨性良好，化學(xué)成分和力學(xué)性能如表3 所示。但考慮到被加工材質(zhì)42CrMo 是難加工材料，對(duì)刀具性能有更高的要求，因此我們選取韓國(guó)特固克Y 料。Y含鈷量比X 高，含鈷量提高塑性相對(duì)增大，刀不容易出現(xiàn)崩刃，Y 化學(xué)成分和性能如表4 所示。

改變刀具的后角和前角，銑刀的壽命小幅度提高，改變銑刀的材料，其壽命有了較大的改善。在改變刀具的幾何參數(shù)對(duì)壽命的提高不大時(shí)，可以考慮改變刀具的材料，往往能獲得不錯(cuò)的效果。

3 結(jié)論

(1)由A 刀和C 刀的比較可得，圓周后角6°，槽前角12°，刀具的材料由X 改為Y，銑刀的壽命提高了94%;由B 刀和D 刀的比較可得，在圓周后角6°，槽前角8°時(shí)，刀具的材料從X 改為Y，銑刀的壽命提高了95%。由此可見(jiàn)，刀具材料對(duì)刀具耐用度影響很大。

(2)由A 刀和B 刀的比較可得，銑刀圓周后角從8°減小到6°，刀具壽命提高了30%;后角減小2°后，槽前角從12°減小到8°，銑刀壽命又提高了31%。因此選擇合理的前角和后角，對(duì)切削起很大作用。

(3)楔角增大，刀具的散熱體積變大，切削溫度降低，減輕了刀具的磨損，提高了刀具的耐用度。

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