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標題: 轉(zhuǎn)帖：麻花鉆S刃鉆尖的特點及其應(yīng)用 [打印本頁]
作者: 王樹大    時間: 2013-10-24 20:01
標題: 轉(zhuǎn)帖：麻花鉆S刃鉆尖的特點及其應(yīng)用
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刀具磨床
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  J* m/ S8 O2 p4 k0 |8 CD:直徑 y:橫刃斜角 a:后角 b:螺旋角 Ø:頂角 d:鉆芯直徑 L:工作部分長度+ n( A) K0 F* I( x& N
圖1 麻花鉆結(jié)構(gòu)及切削部分示意圖
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圖2 麻花鉆切削時的受力分析
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圖3 鉆芯直徑d-剛度Do關(guān)系曲線
1 麻花鉆結(jié)構(gòu)特點麻花鉆是最常用的孔加工刀具，此類鉆頭的直線型主切削刃較長，兩主切削刃由橫刃連接，容屑槽為螺旋形(便于排屑)，螺旋槽的一部分構(gòu)成前刀面，前刀面及頂角(2Ø)決定了前角g的大小，因此鉆尖前角不僅與螺旋角密切相關(guān)，而且受到刃傾角的影響。麻花鉆的結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)見圖1。橫刃斜角y是在端面投影中橫刃與主切削刃之間的夾角，y的大小及橫刃的長短取決于靠鉆芯處的后角和頂角的大小。當頂角一定時，后角越大，則y越小，橫刃越長(一般將y控制在50°～55°范圍內(nèi))。2 麻花鉆受力分析麻花鉆鉆削時的受力情況較復(fù)雜，主要有工件材料的變形抗力、麻花鉆與孔壁和切屑間的摩擦力等。鉆頭每個切削刃上都將受到Fx、Fy、Fz三個分力的作用。如圖2所示，在理想情況下，切削刃受力基本上互相平衡。其余的力為軸向力和圓周力，圓周力構(gòu)成扭矩，加工時消耗主要功率。麻花鉆在切削力作用下產(chǎn)生橫向彎曲、縱向彎曲及扭轉(zhuǎn)變形，其中扭轉(zhuǎn)變形最為顯著。扭矩主要由主切削刃上的切削力產(chǎn)生。經(jīng)有限元分析計算可知，普通鉆尖切削刃上的扭矩約占總扭矩的80%，橫刃產(chǎn)生的扭矩約占10%。軸向力主要由橫刃產(chǎn)生，普通鉆尖橫刃上產(chǎn)生的軸向力約占50%～60%，主切削刃上的軸向力約占40%。以直徑D=20mm麻花鉆為例，在其它參數(shù)不變情況下改變鉆芯厚度，從其剛度變化曲線(見圖3)可以看出，隨著鉆芯直徑d增加，剛度Do增大，變形量減小。由此可見，鉆芯厚度增加明顯增加了麻花鉆工作時的軸向力，直接影響刀具切削性能，且刀具剛度的大小對加工幾何精度也有影響。由于普通麻花鉆的橫刃為大負前角切削，鉆削時會發(fā)生嚴重擠壓，不僅要產(chǎn)生較大軸向抗力，而且要產(chǎn)生較大扭矩。對于一些厚鉆芯鉆頭，如拋物線鉆頭(G鉆頭)和部分硬質(zhì)合金鉆頭(其特點之一是將鉆芯厚度由普通麻花鉆直徑的11%～15%加大到25%～60%)等，其剛性較好，鉆孔直線度好，孔徑精確，進給量可加大20%。但鉆芯厚度的增大必然導(dǎo)致橫刃更長，相應(yīng)增大了軸向力和扭矩，這樣不僅增加了設(shè)備負荷，而且會對加工幾何精度產(chǎn)生較大影響。此外，由于橫刃與工件的接觸為直線接觸，當鉆尖進入切削狀態(tài)時，被加工孔的位置精度和幾何精度難以控制。因此，在加工過程中為防止引偏，往往需要用中心鉆預(yù)鉆中心孔。為解決上述問題，一般采用在橫刃兩端開切削槽的方法來減小橫刃長度，減輕擠壓，從而減小軸向力和扭矩。但在實際加工中，鉆尖的負前角切削和直線接觸方式定心性能差的問題并未從根本上得到解決。為此，人們一直在對鉆尖形狀進行不斷研究和改進，S刃鉆尖就是解決這一問題的較好方法之一。3 S刃鉆尖的分類及特點S刃鉆尖也稱為溫斯陸鉆尖，從端面投影看，其橫刃為S形。從正面投影可看到鉆尖中部略鼓，呈拋物線冠狀。由于S刃鉆尖為曲線刃，鉆尖進入切削的瞬時與工件為點接觸，因而自定心性及穩(wěn)定性均優(yōu)于普通麻花鉆，軸向力降低，切削性能改善，鉆頭壽命延長，被加工孔質(zhì)量顯著提高，孔的位置精度和幾何精度令人滿意，鉆削進給量和進給速度進一步提高。根據(jù)拋物線冠狀和橫刃形狀，S刃鉆尖基本上可分為三種類型，即高冠S刃、低冠S刃和低冠小S刃(見圖4)。 4 S刃鉆尖的修磨S刃鉆尖形狀復(fù)雜，修磨難度大，很難用手工或普通鉆頭磨床修磨出理想的刃形，一般需要使用具有特殊凸輪機構(gòu)的鉆頭磨床或數(shù)控磨床才能實現(xiàn)精確修磨。圖5所示為S刃鉆尖的簡單修磨原理。將被修磨鉆頭水平裝夾于A軸，修磨時錐形砂輪與刀具切削刃接觸后，B軸在XZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，A軸聯(lián)動(按后刀面螺旋升程要求旋轉(zhuǎn))；同時，砂輪相對于刀具在Y軸方向下降，形成螺旋后刀面和S形橫刃。
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& Y+ H' O1 l2 P/ l- X0 h  S圖5 S刃鉆尖的簡單修磨原理
鉆尖的冠狀高由圓錐砂輪(錐度為30°～60°)修磨出的圓弧大小以及螺旋面的升程率決定，升程率增大時冠狀高減小，圓弧越大冠狀凸起越高(見圖5)。此外，冠狀高及S曲線的半徑與鉆芯厚度直接相關(guān)。修磨低冠S刃鉆尖時，為改善切削性能，可用75°角砂輪在鉆尖處開出兩個小槽，并使其角度與S兩半圓間的連線基本平行，這樣既可保持主切削刃的強度，又可減小S刃中部產(chǎn)生的負前角，使冠狀拋物線中部刀刃的前角等于零或小于零(r≥0)。與普通麻花鉆一樣，S刃鉆尖的頂角也非常重要，鉆尖頂角修磨范圍一般在90°～135°之間。由圖1可知，頂角(2Ø)越小，主切削刃越長，切削負荷越大。由于S刃鉆尖的自定心性較好，因此不必采用減小頂角的方法來改善被加工孔的幾何精度(該方法在加工實踐中效果并不明顯)，以避免增大切削負荷。相反，為改善刀具切削性能，提高刀具強度和切削速度，一般將S刃鉆尖的頂角設(shè)計為118°以上(甚至可達140°)。此外，外緣后角決定了鉆尖外緣部切入工件時楔角的大小。刀具楔角的大小應(yīng)根據(jù)被加工工件材料的硬度決定，當工件材料較軟時，需選用較大的后角。5 S刃鉆尖的應(yīng)用實例我們將S刃鉆尖修磨技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動機連桿小頭孔的加工中，取得了良好效果。工藝設(shè)計：20序：鉆孔Ø17+0.07mm，機床轉(zhuǎn)數(shù)：200r/min，切削速度10.68mm/min，走刀量0.45mm/r。40序：鉸孔Ø17.5+0.05mm。用Ø17mm普通麻花鉆鉆孔時，由于鉆頭自定心性能及鉆削穩(wěn)定性差，鉆出的孔徑經(jīng)常達到或超過Ø17.5mm，致使產(chǎn)品報廢，操作者只好手工修磨鉆尖，但修磨質(zhì)量很不穩(wěn)定。我們將鉆頭修磨成頂角118°、軸向后角7°、圓周后角6°的低冠大S刃鉆尖，S刃半徑為1.5mm，兩半圓連線長度為0.5mm，并在橫刃處用80°圓錐砂輪開出兩槽，使冠狀前角大于或等于零，這樣既可保證刀具主切削刃所需強度，又避免了負前角切削產(chǎn)生的擠壓現(xiàn)象，減小了鉆削軸向力，改善了切削性能。加工實踐證明，使用該鉆頭不僅有效控制了孔的幾何精度，而且生產(chǎn)效率顯著提高，廢品率大大下降。Ø17mm普通鉆尖麻花鉆與S刃鉆尖麻花鉆的加工效果對比見下表。表 普通鉆尖與S刃鉆尖的加工效果對比
鉆尖類型普通鉆尖S刃鉆尖
麻花鉆直徑Ø17mm(標準)Ø17mm(標準)
壁粗糙度不合格合格(12.5μm)
切削速度10.68mm/min，不能提高11mm/min，可提高
機床轉(zhuǎn)速200r/min≥200r/min
孔徑精度Ø≥17.5mmØ≤17+0.07mm
作者: 昊天大帝    時間: 2013-10-26 22:15
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