中航工業(yè)鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司 (河南 450005) 艾心靈 何明輝 谷萬(wàn)淼

DT4C電工純鐵磁性零件端面深槽的加工

中航工業(yè)鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司 (河南 450005) 艾心靈 何明輝 谷萬(wàn)淼

在以DT4C電工純鐵為材料的某磁軛類零件上，端面槽深18 mm，寬5.15 mm，如圖1所示。加工端面深槽時(shí)，切削力較大，排屑比較困難，切槽刀易產(chǎn)生振動(dòng)、崩刃，甚至折斷等現(xiàn)象，該零件因DT4C電工純鐵材料軟、粘刀，使得此類問(wèn)題更為突出。因此，制定合適的加工方案并設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理的刀具是DT4C電工純鐵磁性零件端面深槽加工的關(guān)鍵。

圖1 零件端面深槽尺寸

1.切削工藝分析

(1)端面深槽的加工特點(diǎn)分析 端面溝槽加工，具有較大的技術(shù)難度，特別是加工較深的端面溝槽，切槽刀容易產(chǎn)生振動(dòng)和折斷，工件也容易產(chǎn)生振紋等現(xiàn)象，很難保證工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。如圖1所示，該零件為典型端面深槽類，切削難度大。利用車床加工端面深槽時(shí)，由于刀具和工件的切削形式是線切削，因而容易產(chǎn)生較大的切削力，同時(shí)加工時(shí)排屑比較困難，切槽刀易產(chǎn)生振動(dòng)、崩刃，甚至折斷等現(xiàn)象。通過(guò)分析，車床上加工端面深槽時(shí)，刀具的結(jié)構(gòu)合理選用和設(shè)計(jì)以及排屑是關(guān)鍵。

(2)DT4C電工純鐵的切削分析 DT4C電工純鐵鋼質(zhì)純凈度高，電磁性能好，常用于精密零件的制造，但該材料特性軟，在切削加工時(shí)容易出現(xiàn)“粘刀”現(xiàn)象，切削過(guò)程中刀具磨損較為嚴(yán)重，以其為材料的精密零件的制造難度很大。加工時(shí)，應(yīng)通過(guò)選擇合理的刀具角度來(lái)提高刀具的鋒利程度，從而降低切削力，使切削更加暢快。若利用硬質(zhì)合金刀具高速加工較困難，而用高速鋼刀具低速加工比較安全、可靠，能保證零件有好的切削性能和表面粗糙度。

(3)傳統(tǒng)的端面切槽刀及其弊端 傳統(tǒng)的端面切槽刀可由高速鋼刀具刃磨而成，端面切槽刀的刀頭部分長(zhǎng)度=槽深+(2～3)mm，刀寬根據(jù)需要刃磨。這些刀具要求主刀刃與兩側(cè)副刀刃之間對(duì)稱平直，其中加工內(nèi)孔一側(cè)的左副后刀面的圓弧半徑R必須小于端面槽的大圓弧半徑，如圖2所示。在加工端面深槽時(shí)，剛性和強(qiáng)度較差，刀具易折斷。

圖2 一般端面切槽刀

2.刀具的選擇與設(shè)計(jì)改進(jìn)

在端面上切直槽時(shí)，切槽刀的左刀尖相當(dāng)于車削內(nèi)孔，右刀尖相當(dāng)于車削外圓，因此其幾何形狀是外圓車刀和內(nèi)孔車刀的綜合。

(1)自制改進(jìn)的粗加工刀具 根據(jù)端面槽加工的難點(diǎn)和DT4C電工純鐵的材料特性，對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，粗加工由原來(lái)的單刃車削改為空心立銑刀圓周多刃車削。針對(duì)該零件可采用報(bào)廢立銑刀，退火后，中心鉆出φ14 mm內(nèi)孔，再淬火至刀具硬度，銑刀外徑磨削至φ23.6 mm，倒錐2°～3°，內(nèi)孔磨至φ14 mm，倒錐2°～3°，端面磨平。因立銑刀加工中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，各主切削刃相對(duì)存在角度，在臥式車床上使用時(shí)，零件旋轉(zhuǎn)刀具固定，零件加工時(shí)易排屑。刀具如圖3所示。

圖3 空心端面槽刀

它有以下改進(jìn)特點(diǎn):一方面刀體為空心立銑刀，柄部為莫氏錐度，便于刀具的定心和穩(wěn)定。主刀刃位于立銑刀的端面，副刀刃為空心銑刀的內(nèi)、外徑，利于增強(qiáng)刀體強(qiáng)度，提高刀具抗沖擊力，沿刀體端面和圓周均勻設(shè)置刀刃，以及刀具的加工、刃磨和測(cè)量。另一方面刀刃數(shù)量為3～4齒，螺旋槽平均分布在圓周上，切削力平均分配在多個(gè)刀刃上，刀刃受力均勻，為增加刀刃的鋒利度，在各主刀刃上錯(cuò)開(kāi)磨出分屑槽，采用0°刃傾角，使切屑更容易沿各螺旋槽排出，當(dāng)退刀時(shí)還可以帶走更多的切屑，減少因切屑堵塞引起的刀具損傷。

該空心端面槽刀加工DT4C材料時(shí)，因斷屑性能差，不宜采用自動(dòng)進(jìn)給，可通過(guò)手動(dòng)鉆削控制斷屑和排屑。

空心銑刀制作時(shí)應(yīng)注意:一方面銑刀選擇不宜太小，銑刀圓柱體部分 =端面槽小徑 +(4～5)mm，使刀具最小壁厚不小于2 mm，以保證刀具的強(qiáng)度;另一方面要保證刀體端面各主切削刃相交于刀體中心，各主刀刃上錯(cuò)開(kāi)磨出分屑槽，減小軸向切削抗力。

通過(guò)分析和加工試切，該空心槽刀的剛度和強(qiáng)度可以滿足零件的要求，8 h可加工60～80件，效率成倍提高。但因零件材料DT4C電工純鐵的特性，空心銑刀加工中磨損較快，且鉆出的端面槽表面質(zhì)量較差，不適于精加工。

(2)端面深槽的精加工刀具 端面切槽刀屬深槽加工刀具，除要求有一定的切削強(qiáng)度，同時(shí)還要考慮加工過(guò)程中刀具后角是變化的，要優(yōu)選一個(gè)合適的后角。深槽車削排屑比較困難，除選用合適的前角外還要有排屑流暢的圓弧，讓切屑順利排出。

采用高速鋼刃磨精車刀，端面切槽刀的刀頭部分長(zhǎng)度=槽深+(2～3)mm，刀寬根據(jù)需要刃磨，如圖4所示。要求主刀刃與兩側(cè)副刀刃之間對(duì)稱平直，其中加工內(nèi)孔一側(cè)的副后刀面的圓弧半徑R必須小于端面槽的大圓弧半徑，使另一側(cè)加工外圓的副后刀面的圓弧半徑R大于端面槽的小圓弧半徑，防止刀具與端面槽孔壁干涉，提高刀具的剛性和強(qiáng)度，進(jìn)行端面槽的精加工。

圖4 精加工的端面切槽刀

3.切削參數(shù)的確定

(1)粗加工設(shè)備采用CA6140臥式車床，因刀具材料為高速鋼，適于低速切削，選用400～500 r/min;粗鉆時(shí)采用手動(dòng)進(jìn)給，切削中根據(jù)排屑情況確定進(jìn)給速度和退刀，切削時(shí)，應(yīng)充分加注切削液。

(2)精加工設(shè)備采用數(shù)控車床，車孔時(shí)vc=25～30 m/min，車軸時(shí)vc=30～35 m/min，ap=0.1～0.2 mm，f=0.1 mm/r。為減小刀具磨損，采用切削油潤(rùn)滑冷卻。

4.結(jié)語(yǔ)

DT4C電工純鐵磁性零件，料軟、粘刀，使刀具磨損較快，精度難于保證，尤其是在加工端面深槽時(shí)，極易斷刀。通過(guò)對(duì)端面深槽切削特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合DT4C電工純鐵材料加工特性，設(shè)計(jì)改進(jìn)粗加工切槽刀的結(jié)構(gòu)形式，確定了這種空心立銑刀在端面深槽切削中的應(yīng)用，改進(jìn)了精加工刀具，優(yōu)化切削參數(shù)。經(jīng)實(shí)踐，有效提高了DT4C電工純鐵磁性零件上端面深槽的加工生產(chǎn)效率，滿足該零件切削加工要求，解決了該類零件端面深槽的加工難題，對(duì)同類零件的加工有良好的借鑒和參考。

20131217)