整體硬質合金精密高效直槽擴擠刀

時間:2011-06-05 08:58:18 來源:未知

擴擠刀是汽車發動機高精度孔加工專用刀具。汽車發動機的進氣管是發動機的重要部件，進氣管噴油嘴孔的加工質量直接影響汽車的節油性能。過去加工噴油嘴孔大都使用國外進口的精密擴擠刀，價格昂貴，加工成本很高。為了降低加工成本，提高產品的市場競爭力，汽車刀具國產化已勢在必行。下面介紹我公司開發的精密直槽擴擠刀的設計及制造要點。

1 被加工孔的特點

發動機噴油孔的加工工序如圖1所示。工件材料為AlSi12(Cu)；加工機床為德國DMG60H臥式加工中心；切削參數為v＝3.5m/s，f＝0.14mm/r，冷卻方式采用乳化液外冷。

圖1

圖2

圖3

圖4

由圖可知加工部位如下：擴f11±0.1mm和f14±0.1mm孔，锪f20mm沉孔及成型倒棱面，其中f14±0.1mm孔表面粗糙度要求達到R_a1.6µm。

在加工過程中，由于鋁合金強度低，切屑變形大，將影響加工效果，而提高切削速度和加大進給量能減小切屑變形系數，因此采用高轉速大進給量加工，能抵消一部分切屑變形。為了保證被加工孔的表面粗糙度值在R_a1.6µm以下，必須設計合理的刀具結構及參數，減小甚至消除積屑瘤，避免鱗刺的產生，防止出現振動，同時還應采取措施對已加工表面進行擠壓，進一步降低粗糙度值。

2 刀具設計要求

消除積屑瘤
積屑瘤是切屑底層金屬與前刀面發生冷焊造成的，適當增大前角，提高前刀面光潔度是消除積屑瘤的主要措施。通常增大前角的主要方法是采用右螺旋面和負偏距平面，但螺旋面是砂輪和工件通過螺旋運動合成的，磨削過程平穩性差，難以獲得高光潔度的前刀面，而負偏距平面將降低刀具強度，也不宜采用。此時可采用正偏距平面，它雖使前角有所減小，但將增大切屑的脆性，使之易于斷裂，是消除積屑瘤的有效措施。
消除鱗刺
從金屬切削原理可知，當切削速度較高時，減小前角可抑制鱗刺的產生，因此，采用正偏距平面除可消除積屑瘤外，還可有效抑制鱗刺的產生。
防止振動
振動通常分為三種：自由振動、強迫振動和自激振動(即顫振)。自由振動和強迫振動與刀具無關；顫振是由振動本身從單向作用的外力獲取能量來維持自己的振動，也叫自持振動，此種振動的大小與刀具設計合理與否密切相關。刀具切削時的受力情況如圖2、圖3所示。

當切削過程中遇到被加工材料的硬質點時，刀具兩主切削刃所受主切削力F_z1、F_z2不相等，其徑向分力F_Y1、F_Y2也不相等，由此導致刀具產生徑向振動，并在加工表面上出現振紋，從而增大彈性系統(刀具)的阻尼，抑制振動的產生。圖3中刀齒A即可起這種作用。此外，還可對已加工面進行熨壓，降低孔的表面粗糙度值。

圖4是圖3刀齒A擠壓工件時的局部放大圖。在圖4中，F₁＝FcosA，當F一定時，A越小，擠壓力越大，有利于降低加工表面粗糙度。本設計中，Q面是利用?＝300mm的砂輪按圖5參數磨出的，它能減小A值，獲得較好的擠壓效果。

圖5

3 具體參數的確定#p#分頁標題#e#

直槽擴擠刀主體結構的參數有6個，具體分布如圖5所示。

偏距L
L影響刀具的前角、刃傾角及切屑的流向，影響切入、切出的平穩性，L值越大，切削刃越長，切削過程也越平穩。但L值過大，將使刀具鋒利度下降，對抑制積屑瘤及鱗刺的生長極為不利。通常取L＝0.7mm。
芯厚K
K值直接影響容屑空間大小及刀具強度，通常取K＝2.9mm。
槽夾角q
q主要影響容屑空間大小，通常取q=105°。
槽底圓角半徑R
R影響容屑槽的圓滑性，通常取R＝1mm。
圓柱刃寬b
刃寬影響刀具的擠壓效果和加工平穩性，適宜的刃帶寬度有支承、導向、穩定和消振作用。通常取b＝0.8mm。
背徑D_r
D_r影響圖4中A值，D_r越小，A也越小，D_r值通常比工件直徑小0.4～0.6mm。

4 制造要點

制造精密高效直槽擴擠刀時，應注意兩點：①盡量提高前刀面的光潔程度，使粗糙度值保持在R_a0.2µm以下；②確定合理的后角，并使后刀面粗糙度值保持在R_a0.4µm以下。

前刀面的加工
為獲得高質量的前刀面，應選用細粒度的金剛石砂輪，磨削線速度應達到50m/s以上，磨削方向如圖6所示。由圖可知，利用砂輪側面磨削前刀面，且應沿槽深方向一次磨削到位，這樣砂輪不易振動，可獲得理想的粗糙度值。

圖6
圖7
后刀面的加工
加工后刀面的情況如圖7所示。由圖可知，斜置工件進行鏟磨，增大X角，即能增大C₁值，獲得較大軸向鏟磨量，這樣可獲得較大軸向后角，而加工鋁合金的刀具通常均需要較大后角。
后刀面結構有兩種：一種是將后刀面加工成平面后角，從圖8可知，砂輪走刀方向應與折線L平行才能使后刀面無高點，因此需要三次走刀。此外，由于每次走刀方向不一致，必然產生明顯的接刀痕跡，影響外觀，且費工時。另一種是將后刀面加工成鏟磨曲面，從圖9可知，圓C是砂輪走刀方向，鏟磨運動正是利用圓周運動和直線移動來合成的，很容易實現一次走刀完成后刀面的加工，加工效率高，尺寸精度易于控制，無接刀痕跡，外觀漂亮。