工欲善其事,必先利其器硬质合金旋转锉的改进要点

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  前言:硬质合金旋转锉是金属加工、机械化生产中的重要工具,应用极为广泛,如何有效地提高硬质合金旋转锉的切削力和使用寿命,是五金工具生产行业的一大重要课题。
  本论:
  1.硬质合金旋转锉,亦称硬质合金高速什锦铣刀、硬质合金模具铣刀等,与高速电磨机或风动工具配套使用。
  2.硬质合金旋转锉的材料,一般用得最多的是YG6、YG8、YG10X。
  3.硬质合金旋转锉的用途,在五金机械、汽车、造船、雕刻等行业被广泛使用。
  4.硬质合金旋转锉的一般形状和相对应的型号如下:圆柱形,A型;圆柱形带顶部切割,B型;圆柱形球头,C型;球形,D型;及其它型号E型、F型、G型、H型、L型、M型、N型、T型等。
  5.硬质合金旋转锉的主要特点如下:
  1.可以任意切削加工HRC70以下的各种材料。2.无粉尘污染。3.效率高。4.能加工各种形状。5.寿命长。6.使用简单方便。7.加工成本降低。
  6.与发达国家相比,硬质合金旋转锉的主要差距,我们的转锉卖不出好价格,质量档次比不上发达国家的。主要是:1.材料上不如德国货。2.钨钢头部和轴承钢柄部 焊接不牢。3.先进的数控加工设备。4.刃部的几何角度、齿形、公差精度。5.转锉的同轴度等等。
  7.如何来提高我国的硬质合金旋转锉的质量档次,增强我们产品的竞争力呢?
  我们先从理论上对旋转锉的切削理论及成形原理上加以分析:
  ⅰ)从齿形设计上的理论上来看:一般旋转锉的齿是由直线或曲线构成的。常用齿形如下图。a)为直线齿背,特点是制造方便,但刀齿强度弱,b)为折线齿背,增加了刀齿强度和加工难度c)为曲线齿背,齿背任意截面点上的强点基本相等,但生产难度较高。
  现在我们即要找到一种便于生产成形的齿形,又要有一定强度的齿形。
  ⅱ)按照齿形切削形成机理和锉削原理要求齿硬而锋利的同时,且要求齿间有一定的存屑空隙以保证能快速排屑。不然会堵塞刀齿,影响转锉的加工。
  ⅲ)按照剪切理论,主剪切区域会发生如图所示的热塑性失稳,就是材料由于局部温升导致材料的热软化效应超过材料的变形强化效应发生绝剪切。
  ⅳ)按照周期限脆性断裂理论,此理论认为锯齿形切削形成的根本原因是如图的周期性断裂。
  ⅴ)按照旋转锉的高速铣削原理来看。
  ①转锉都是按铣削原理来工作的,铣削工作的特点是:(1)加工生产率高(2)易产生冲击和振动。
  ② 铣削工作切削时,一般转锉齿磨损经历如图三个阶段:(1)初期磨损阶段(2)正常磨损阶段(3)急剧磨损阶段。
  齿磨损和切削时间的关系。
  ③旋转锉的刀齿几何角度的选择,加工时,合理的刀齿几何角度能够减少铣削力、切削热、刀具磨损。相同切削条件下,能充分发挥刀具的切削性能,提高加工质量和生产率。刀齿的主要几何角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角等。如图
  (1)前角γn和后角γ0的选择,γn为法向前角,γ0端面前角。tanγn=tanγ0 cosβ ,前角的大小直接影响切削刃的锋利性和强度。合理地增大前角,可减小切削层变形和切削屑流出时的摩擦,从而减小切削力、切削热、刀具磨损、切削功率。但如前角太大,会削弱性刃口强度、恶化散热条件,反使刀具磨损加大,以致刀齿崩裂。(2)后角α0的主要作用是减少刀具后面与工件加工表面之间的摩擦,tanα0=tanαn cosβ,提高已加工表面质量与刀齿寿命,但后角过大也会降低切削力强度和刀齿散热诚能力,使转锉寿命下降,引起崩齿。
  8.通过以下的ⅰ)、ⅱ)、ⅲ)、ⅳ)、ⅴ)的综合理论分析,结合我们的工作经验,要提高硬质合金旋转锉的质量档次要在以下几个方面取得突破:
  1) 务必要在旋转锉材料上取得突破,要达到以下要求:a)高的强度和耐磨性,通常要求HRC88硬度以上,一般硬度越高耐磨性越好b)足够的强度和韧性,在旋转锉的切削、冲击、振动条件下,要求材料要有一定的强度和韧性以防产品断裂和崩齿。c)高的耐热性,耐热性是转锉在高温下仍然能保证其硬度、耐磨性、强度和韧性以保证在高温条件下的切磨性能。d)良好的工艺性能,为了便于转锉的制造,要求材料有良好的锻造、加工、热处理等加工性能。
  2)务必要在旋转锉的刃齿上取得突破,要达到以下要求:a)刀刃齿的几何形状正确、切削齿刃锋利。b)刀刃齿的尺寸精度公差定要保证。c)转锉的径向、轴向振动不能超过规定的公差。d)刀刃齿的表面要达到规定的表面粗糙度要求。e)刀刃齿、转锉本体不充许出现表面烧伤和裂纹。
  3)现在我们即要找到一种便于生产成形的齿形,又要有一定强度的齿形,如何搞呢?我们的转锉齿形最大可能的由直线和阿基米德螺旋线来到组成,齿尖角约28度是最合理的。如下图。并尽可能用交错齿(double cut ),这样切屑短。切削锋利高效,平稳顺畅,加工出的表面光洁度好,操作平稳易于控制。
  3)尽可能运用先进的数控加工设备来加工,以保证产品的精度。
  结尾:
  经过对国内外硬质合金旋转锉的研究、探索、生产加以总结。再根据切削的基本理论分析、硬质合金旋转锉的铣削原理的理论分析和探讨,结合自己平时工作中的经验提出了我们的硬质合金旋转锉的研究方向和前沿的刀刃齿的角度和刀刃齿的几何形状、齿刃线布置和成形方法,大大改进了硬质合金旋转锉的切削条件。
  参考文献:
  [1]吴善元,等《金属切削原理与刀具》,机械工业出版社。1995
  [2]徐鸿本,姜全新,曹甜东等 《铣削工艺手册》,机械工业出版社。2012
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