PCBN铣刀在柴油机汽缸盖半精铣面加工中的应用

关键词 PCBN , 铣刀 , 汽缸|2019-04-29 11:22:07
摘要 立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料,其氧化温度高达1360℃,具有高硬度、高热稳定性及高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。聚晶立方...

立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料,其氧化温度高达1 360℃,具有高硬度、高热稳定性及高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。聚晶立方氮化硼 PCBN是作为切削大玩家时时彩的CBN烧结体,是能够满足先进切削要求的主要大玩家时时彩材料,也是国内外公认的用于硬态切削、高速切削及干式切削加工的理想大玩家时时彩材料。PCBN大玩家时时彩主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金及表面喷涂材料等。

1.PCBN刀片在汽缸盖顶、底面上的半精加工铣削试验

(1)试验条件。汽缸盖顶面如图1所示,主要特征是断续面和搭子较多,切削加工为典型的断续切削;汽缸盖底面如图2所示,主要特征是一个面上分布一定数量的孔,切削加工过程是半连续切削。

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试验大玩家时时彩结构如图3所示,刀盘直径200mm,刀盘上均布有28个刀片安装位,其中每隔90°安装一片修光刃,其余24个位置安装切削刃。

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切削刃如图4a所示,切削刃体采用硬质合金,PCBN切削刃通过钎焊粘结在刃体上。刀片前角0°、主偏角45°、后角11°,安装后径向和轴向前角3°~5°、主偏角43°。

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修光刃如图4b所示,切削刃体采用硬质合金,PCBN切削刃钎焊粘结在刃体上。刀片前角0°、主偏角45°、后角11°,安装后径向和轴向前角3°~5°、主偏角43°。

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试验要求:局部平面度0.05/100mm、表面粗糙度值Ra=25μm、厚度123.5±0.05mm;试验设备:进口数控卧式加工中心;工件材料:HT250;工件硬度:180~249HBW;切削面积:873mm×331mm;加工余量0.5mm;刀片布置如图3所示。

(2)半连续表面与断续表面的大玩家时时彩寿命对比。汽缸盖顶面切削试验共进行两次,大玩家时时彩寿命分别为200个和242个工件,主要失效形式为刀片崩刃,其中修光刃崩刃率达100%,切削刃崩刃率达83%。

汽缸盖底面切削试验共进行8次试验,大玩家时时彩平均寿命为424.5个工件,主要失效形式为刀片崩刃,其中修光刃崩刃率25%,切削刃崩刃率达29%。

由上述试验情况可见,对于像汽缸盖顶面这样的断续表面,切削冲击对PCBN刀片影响很大,PCBN刀片崩刃率太高,明显不适应于PCBN刀片的应用;对于像汽缸盖底面这样的半连续表面,切削冲击对PCBN刀片影响还是很大,PCBN刀片崩刃率比汽缸盖顶面这样的断续表面要低得多,但相对硬质合金刀片也较高,PCBN刀片有一定的应用前景。

(3)PCBN刀片的失效模式。PCBN刀片在试验过程中主要失效模式为刀片崩刃(见图6、图7),少量为切削刃磨损和刀体压紧点异常受力后压紧部位崩裂。造成失效模式主要为刀片崩刃的原因,我们认为主要有以下几个方面:①切削刃在切削过程中,由于受到断续切削的冲击,引起崩刃。②切削刃磨损后切削力加大引起崩刃。③切削刃在切削过程中,遇到残留的切削液,由于热冲击而引起崩刃。④切削刃磨损后切削力加大引起刀体压紧点崩裂。⑤刀片崩刃后切削力继续加大,引起刀体压紧点崩裂。⑥切削刃钎焊强度不足,承受不了冲击,引起切削刃崩刃。

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(4)主轴功率与刀片磨损的关系。图8所示是一次试验所跟踪的刀盘寿命与功率的关系。刀盘寿命从开始加工到加工第150个工件,主轴功率比较平稳;从150~200个工件间,主轴功率开始增加,说明刀片磨损加大;200~250个工件之间,主轴功率快速增加,加工到第233件时1片切削刃崩刃,2片切削刃轻微爆口;250~400个工件之间,崩刃继续增加,但主轴功率又趋于平稳,原因是崩刃后的刀片切削刃相当于新刃的状态。加工至第411个工件时,刀片失效,加工表面质量变差。取下后检查发现:修光刃表面有堆积瘤,切削刃6片刀片崩裂,8片刀片爆口。

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(5)切削液与刀片寿命的关系。当PCBN大玩家时时彩应用到汽缸盖底面半精加工时,一段时间刀盘的平均寿命只有917孔面,大玩家时时彩的100%寿命达到率只有32%。经过现场分析发现:由于汽缸盖宽度大于铣刀直径,因此铣削汽缸盖底面时,分上下两次横向走刀。CNC程序设置先进行上半部分的横向走刀,然后再进行下半部分的横向走刀(见图9)。在进行上半部分横向走刀时,机床主轴旁的冷却水管存在的残液溅到汽缸盖底面的下半部分表面(见图10),因此,当PCBN刀片对汽缸盖底面下半部分进行铣削时,高温的PCBN刀片遇到切削液后发生崩裂。改进措施:修改CNC程序,先对汽缸盖底面下半部分进行铣削(见图9)。改进后,刀盘的平均寿命上升到1 113孔面,大玩家时时彩的100%寿命达到率为93%(见表1)。 

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(6)大玩家时时彩成本。按照试验条件对汽缸盖底面半精加工进行试验,试验中共使用4套切削刃刀片(共48片)和5套修光刃刀片(共20片),进行8次试验,共加工3 396只工件,工件质量合格;PCBN半精加工单件时间为40s,与硬质合金刀片相比,减少节拍20s。

切削刃试验平均每个切削刃加工424.5件,每片刀片可以转位一次,平均每片寿命849件;修光刃平均加工679件(不可转位)。每片刀片单价235元,因此单件刀片成本为4.7元,成本比硬质合金刀片提高1.2元。

2.应用跟踪

完成扩大试验PCBN刀片准备投入使用前,首先要制定使用作业标准,具体规定如下:

(1)切削刃第一次第一刃刃口崩刃长度不超过1/3,可以进行转位使用。

(2)根据试验结果设定铣刀盘的机床监控寿命为1 200孔面(实际加工工件数=监控寿命÷折算系数,该大玩家时时彩的折算系数等于3)。

(3)修光刃第一次安装后,跟随切削刃使用到切削刃寿命(400个工件,机床折算寿命1 200)后,如果没有发生崩刃且磨损量不大,允许投入第二次使用。

2009年对汽缸盖生产线的半精铣工序进行大玩家时时彩寿命连续生产跟踪3个月,表2所示为CBN铣刀的实际使用情况。由表2可见,切削刃平均转位0.6次,与试验阶段转位1次有较大的差距;修光刃平均只能使用一次,与试验阶段部分可使用两次有一定的差距;该工序大玩家时时彩成本单件7.02元,与试验阶段的计算成本也有较大的差距。但由于CBN大玩家时时彩的使用该工序的节拍下降10%,产能得到了提升。

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3.结语

PCBN铣刀使用到汽缸盖底面半精加工后,大玩家时时彩成本虽然有所上升,但由于PCBN铣刀的应用解决了生产线的节拍瓶颈,提升了生产效率,降低了人力、电能等其他消耗,因此具有较好的应用价值。在今后的研究中希望能够进一步提升大玩家时时彩寿命,同时需要与大玩家时时彩厂家一起解决刀片焊接强度的问题。


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