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    1. 金屬切削如何控制毛刺產生?

      日期: 2019-04-01  來源:51模材  點擊數:  

        金屬切削過程常常伴隨著毛刺的生成。毛刺的存在不僅降低了工件的加工精度和表面質量,影響到產品的使用性能,有時甚至會引發事故。對于產生的毛刺問題,人們通常用去毛刺工序來解決。去毛刺是一個非生產性過程,它不僅增加產品成本,延長產品生產周期 ,而且毛刺去除不當還會導致整個產品報廢,造成經濟損失。


        本文首先對影響端銑毛刺形成的主要因素進行系統地分析,并從結構設計到制造加工全過程出發,探討了減小和控制銑削毛刺的方法和技術。


        一、端銑加工中毛刺的主要形式


        按照切削運動——刀具切削刃毛刺分類體系,端銑過程中產生的毛刺主要有主刃兩側方向毛刺、側邊切出切削方向毛刺、底邊切出切削方向毛刺及切入和切出進給方向毛刺五種形式(見圖1)。


      端銑加工形成的毛刺

      圖1 端銑加工形成的毛刺


        一般而言 ,底邊切出切削方向毛刺與其它毛刺相比具有尺寸大、去除困難的特點。為此,本文以底邊切出切削方向毛刺作為主要研究對象開展研究。根據端銑中底邊切出切削方向毛刺尺寸和形態的不同,又可將其分為如下三種:I型毛刺(尺寸較大,去除困難,去除費用較高),II型毛刺(尺寸較小,可以不去除或去除容易)和III型毛刺即負毛刺(如圖2所示)。


      銑削時底邊切出切削方向毛刺種類

      圖2 銑削時底邊切出切削方向毛刺種類


        二、影響端銑毛刺形成的主要因素


        毛刺的形成是一個非常復雜的材料變形過程。工件材料特性、幾何形狀、表面處理、刀具幾何形狀、刀具切削軌跡、刀具磨損、切削參數及冷卻液的使用等多種因素都直接影響毛刺的形成。圖3為端銑毛刺影響因素框圖。在具體的銑削條件下,端銑毛刺的形態和尺寸取決于各影響因素的綜合作用,但不同的因素對毛刺的形成具有不同的影響。


      銑削毛刺形成因果控制圖

      圖3 銑削毛刺形成因果控制圖


        01刀具進入/退出


        一般情況下,刀具旋出工件時所產生的毛刺比刀具旋入工件時所產生的毛刺大。如圖4所示, 圖4a為刀具旋出工件的終端面,易產生尺寸較大的I型毛刺,而圖4b 中刀具旋入工件,所產生的毛刺通常為II型毛刺。


      銑削方式對毛刺形成的影響

      圖4 銑削方式對毛刺形成的影響


        02平面切出角


        平面切出角對底邊切出切削方向毛刺的形成有很大的影響。平面切出角的定義為當切削刃旋出工件終端面時,在過切削刃上一點垂直銑刀軸線的平面內,該點的切削速度(刀具轉速與進給速度的矢量合成)的方向與工件終端面方向之間的夾角。工件終端面的方向為從刀具旋入點指向刀具旋出點。如圖5所示,Ψ為平面切出角,其范圍0°<Ψ≤180°。


      平面切出角

      圖5 平面切出角


        試驗結果表明:毛刺高度隨著切削深度的變化而發生形式轉變,即隨著切削深度的增加毛刺由I型毛刺向II型毛刺轉變。通常將產生II型毛刺的最小銑削深度稱為界限切削深度,用dcr 表示。圖6顯示了加工一種鋁合金時平面切出角和切削深度對毛刺高度的影響。


      毛刺形式與平面切出角和切削深度

      圖6 毛刺形式與平面切出角和切削深度


        由圖6可以看出:平面切出角越大,界限切削深度越大;當平面切出角大于120°時,I型毛刺尺寸較大,向II型毛刺轉變的界限切削深度也大。因此,小的平面切出角利于II型毛刺產生,這是因為Ψ越小,終端面支承剛度相對提高,毛刺越不易形成。


        由圖5可知:進給速度的大小和方向對合成速度v的大小和方向均會產生一定的影響,進而對平面切出角和毛刺形成產生影響。因此,進給速度與退出邊偏移角α越大,Ψ越小,越利于抑制較大毛刺的形成(如圖7 所示)。


      進給方向對毛刺形成的影響

      圖7 進給方向對毛刺形成的影響


        03刀尖退出順序EOS


        在端銑過程中,毛刺尺寸在很大程度上取決于刀尖的退出順序 。如圖8所示:A點為副切削刃上的點,C點為主切削刃上的點,B點為刀尖頂點。假設刀尖是鋒利的,即不考慮刀尖圓弧半徑。如果B-C邊先退出工件,A-B邊后退出工件,則切屑鉸接在已加工表面上,隨著銑削的進行,切屑被推出工件,形成尺寸較大的底邊切出切削方向毛刺。如果A-B邊先退出工件,B-C 邊后退出工件,切屑鉸接在過渡表面上,被切出工件,形成尺寸較小的底邊切出切削方向毛刺。


        試驗表明:①使毛刺尺寸依次增大的刀尖退出順序為:ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA。②EOS所產生的結果是一樣的,只是在相同的退出順序下,塑性材料比脆性材料所產生的毛刺尺寸要大。


        刀尖退出順序不僅與刀具幾何形狀有關,還與進給量、銑削深度、工件幾何尺寸及切削條件等因素有關,是通過多種因素綜合起來對毛刺的形成施加影響。


      刀尖退出順序與毛刺的形成

      圖8 刀尖退出順序與毛刺的形成


        04其它因素的影響


       ?、巽娤鲄?、銑削溫度、切削環境等對毛刺的形成也會產生一定的影響,部分主要因素如進給速度,銑削深度等的影響通過平面切出角理論和刀尖退出順序EOS理論體現出來,此不贅述;


       ?、诠ぜ牧纤苄栽胶?,越易形成I型毛刺。在端銑脆性材料的加工過程中,如進給量或平面切出角較大,則有利于III型毛刺(虧缺)形成;


       ?、郛敼ぜ慕K端面與已加工平面之間的角度大于直角時,因終端面支承剛度增強,能抑制毛刺的形成;


       ?、茔娤饕旱氖褂糜欣诘毒邏勖难娱L,減小刀具磨損,潤滑銑削過程,進而減小毛刺尺寸;


       ?、莸毒吣p對毛刺的形成有很大的影響,當刀具磨損到一定程度,刀尖圓弧增大,不僅刀具退出方向毛刺尺寸加大,刀具切入方向也會有型毛刺生成,其機理有待進一步深入研究。


       ?、奁渌蛩厝绲毒卟牧系葘γ痰男纬梢灿幸欢ǖ挠绊?。在相同的切削條件下,金剛石刀具較其它刀具更有利于抑制毛刺形成。


        三、控制銑削毛刺形成的基本途徑


        端銑毛刺的形成受多種因素的影響,它不僅與具體的銑削過程有關,而且與工件結構,刀具幾何形狀等因素有關。要減小端銑毛刺,必須從多方面出發控制和減小毛刺的生成。


        01合理的結構設計


        毛刺的形成在很大程度上受工件結構的影響,工件結構不同,加工后棱邊處的毛刺形狀和尺寸也有很大的差別。如果工件材料和表面處理是事先定好的,那么工件幾何形態和棱邊則是決定毛刺形成的一個重要因素,圖9 為在工件終端面增加倒角來減小毛刺。


      增加退出邊倒角法

      圖9 增加退出邊倒角法


        02適當的加工順序


        加工順序對端銑毛刺的形狀、大小也有一定的影響。毛刺形狀和尺寸不同,去毛刺的工作量和相關費用也不相同,因此,選取適當的加工順序是減少去毛刺費用的一種有效途徑。圖10 為采用適當的加工順序控制較大毛刺的生成。


      選擇加工順序控制法

      圖10 選擇加工順序控制法


        在圖10a中如果先鉆孔再銑平面,則孔圓周上容易生成較大切出銑削毛刺;如果先銑平面再鉆孔,則孔圓周上只有較小的鉆削切入毛刺。同理,在圖10b中,先銑削上表面再銑凹輪廓所形成的毛刺比先加工凹輪廓再銑平面所形成的毛刺尺寸要小。


        03避免刀具退出


        避免刀具退出是避免毛刺形成的有效方法,因為刀具退出是切出方向毛刺形成的主要因素。通常情況下,銑刀旋出工件所產生的毛刺較大,旋入工件時產生的毛刺較小。因此,在加工過程中應盡量避免銑刀旋出。如圖4 中,采用圖4b 生的毛刺小于圖4a中所產生的毛刺。


        04選取適當的走刀路線


        由前面的分析可知:當平面切出角小于一定值時,所產生的毛刺尺寸較小。平面切出角可以通過改變銑削寬度、進給速度(大小和方向)和旋轉速度(大小和方向)來改變。因此,可以通過選取適當的走刀路線來避免I型毛刺的生成(見圖11)。


      控制走刀路線法

      圖11 控制走刀路線法


        圖11a為傳統的之字型走刀路線,圖中陰影部分表示可能產生尺寸較大的切出切削方向毛刺的部位。圖11b采用了改進的走刀路線,它可以避免切出毛刺的生成。雖然圖11b中的走刀路線比圖11a中的走刀路線略長,花費銑削時間略多,但由于不需要附加去毛刺工序,而采用圖11a需要大量的去毛刺時間(雖然圖中陰影部分即毛刺產生的部位并不是很多,但是實際去毛刺時必須走完毛刺所在的所有棱邊),因此綜合起來看,在控制毛刺方面,圖11b所示走刀路線優于圖11a所示路線。

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