利用磁化切削提高深孔零件的加工質(zhì)量

何 錚,胡鳳蘭

(1.湘潭電化科技股份有限公司,湘潭411131;2.湖南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,湘潭411101)

0 引 言

深孔加工難度大,加工成本高,是機(jī)械產(chǎn)品中缸、套、管類零件加工中的關(guān)鍵工序.隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,產(chǎn)品更新?lián)Q代的迅速發(fā)展,新型高強(qiáng)度、高硬度、難加工零件的不斷出現(xiàn),對深孔加工質(zhì)量、加工效率和刀具耐用度等都提出了更高的要求.因此,對深孔加工技術(shù)和加工質(zhì)量的研究,已成為制造業(yè)技術(shù)人員和科技工作者十分關(guān)注的問題.

為了適應(yīng)種類愈來愈多、加工難度愈來愈高的新型工程材料的深孔加工.深孔加工方法已由傳統(tǒng)的以機(jī)械為基礎(chǔ)的單刃或多刃刀具切削加工方法發(fā)展到外加能量(如熱切削、低溫切削、磁化切削、振動切削、涂復(fù)固體潤滑劑切削、電解切削以及高能束與射流切削等)的多種特種切削方法.本文研究的即利用磁化切削進(jìn)行深孔鉆削,以提高深孔零件的加工質(zhì)量.

1 磁化切削方法與機(jī)理

磁化切削亦稱帶磁切削,即使刀具或工件或兩者同時在磁化條件下進(jìn)行切削加工的方法,磁化切削可以分為很多種類,按磁化時的電流性質(zhì),可分為直流磁化、交流磁化與脈沖磁化三種;按磁化與切削加工的關(guān)系,可將磁化線圈繞于工件和刀具上,在切削過程中給線圈通電使其磁化,也可以直接使用經(jīng)過磁化處理過的刀具進(jìn)行切削.

不同的磁化方法,具有不同的特點(diǎn),從磁化對象看:刀具磁化因其裝置簡單,耗電省,切削區(qū)磁場大,適應(yīng)性較好.從磁化電流上看:直流磁化便于控制磁感應(yīng)強(qiáng)度,產(chǎn)生較大的磁場,但磁化時間較長耗電大;交流磁化電路簡單,成本低,但因渦流損失,耗電也較大;脈沖磁化磁化時間短,耗電少能獲得較好的切削效果.實(shí)踐證明,用機(jī)外磁化處理過的刀具進(jìn)行切削,方法簡單.使用方便.無須昂貴的設(shè)備投資和機(jī)床改造.它在難加工材料切削加工中.是提高刀具耐用度和生產(chǎn)率.保證加工質(zhì)量的有效方法之一.

機(jī)外磁化裝置主要是針對有較大剩磁的刀具材料設(shè)計的,如對高速鋼(W18Cr4V)刀具,其剩磁可達(dá)700高斯.只要將刀具放在裝置的兩極鐵芯上進(jìn)行磁化處理后即可使用,直流磁化裝置是根據(jù)電磁感應(yīng)原理而設(shè)計,電導(dǎo)線繞成螺線管時在線圈中可產(chǎn)生磁場,此磁場隨線圈匝數(shù)(N)的增加、電流(I)的增大而增大.線圈中的磁場強(qiáng)度(B)也與線圈中磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率(μ0)及線圈長度(l)有關(guān).即:

由上式可知:增加磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率可提高磁場強(qiáng)度.從材料的磁特牲看,純鐵的磁導(dǎo)率很大,它是鐵磁性物質(zhì),且剩磁很少,因而在線圈中用純鐵作為鐵芯可增加磁感應(yīng)強(qiáng)度.當(dāng)?shù)毒叻旁阼F芯上時,刀具和鐵芯組成一個回路.此種磁化裝置的工作原理如圖1所示,可調(diào)變壓器外接220 V電壓,副邊接在直流電源箱上,直流電源的輸出端接到磁化裝置上,即可通電磁化.

圖1 直流磁化裝置工作原理圖

2 磁化切削對刀具切削性能及深孔加工質(zhì)量的影響

2.1 對刀具磨損的影響

高速鋼刀具材料因其在強(qiáng)度、韌性、熱硬性及工藝性等方面的優(yōu)良綜合性能,所以在現(xiàn)代刀具材料中仍占有十分重要的地位,通過對高速鋼鉆頭進(jìn)行磁化處理后的切削與普通切削比較表明:磁化切削能降低鉆頭進(jìn)行切削時的切削溫度,減輕鉆頭的粘結(jié)磨損,從而提高鉆頭的使用壽命.

圖2 為用同一型號的高速鋼普通鉆削和磁化鉆削鉆頭的磨損對比曲線,可見磁化鉆削時鉆頭的磨損明顯少于普通鉆削,當(dāng)鉆削行程到1200 mm時,普通鉆削刀具的磨損量為0.24 mm,面磁化鉆削刀具的磨損量為0.13 mm.觀察發(fā)現(xiàn)鉆削后普通鉆頭的刀尖、主切削刃、橫刃的燒傷比磁化鉆頭嚴(yán)重,有明顯的磨損溝痕,尤其是主切削刃外緣的轉(zhuǎn)角處磨損最明顯,面磁化鉆頭的磨損溝痕較輕,刀尖燒傷不明顯,但主切削刃外緣的轉(zhuǎn)角處磨損也較明顯.

圖2 普通鉆削、磁化鉆削鉆頭磨損對比曲線

2.2 對深孔零件加工質(zhì)量的影響

采用磁化鉆削,能提高深孔零件的幾何加工精度及表面質(zhì)量,表1為磁化切削與普通切削對深孔零件幾何加工精度及表面質(zhì)量的影響比較.

幾何加工精度的提高,是由于磁化切削力低于普通切削力,及由此帶來的切削溫度等指標(biāo)的下降,使系統(tǒng)變形相對減少,剛度提高.而磁化切削的切削力低于普通切削,是由于磁化使磁疇激勵、轉(zhuǎn)動,相當(dāng)于在前刀面及切削區(qū)增加了微動.一定的磁場強(qiáng)度、一定的切削速度,使其產(chǎn)生一定頻率的微動,這種微動與刀具和工件之間在切削中固有的微動相迭加,使摩擦系數(shù)明顯下降,進(jìn)而使切削力減少.同時磁場又使切削振動減少,振幅下降.此外與徑向力相反的磁力減少了深孔加工零件的的幾何誤差,該力相當(dāng)于給工件添加了一個磁力跟刀架,從而使加工零件的幾何精度明顯提高.

磁化切削使深孔零件加工表面質(zhì)量提高,是因?yàn)榇呕邢鞅绕胀ㄇ邢魉苄宰冃涡?切削溫度低,切屑在前刀面停留時間少,粘結(jié)減弱,抑制了鱗刺的產(chǎn)生.

表1 磁化切削與普通切削對深孔零件幾何加工精度及表面質(zhì)量的影響比較

3 結(jié) 論

磁化切削是一種成本低廉,簡便易行的新工藝技術(shù),不論對高速鋼刀具還是硬質(zhì)合金刀具,不論是鐵磁性材料還是非鐵磁性材料,磁化切削都能取得良好的切削效果.

實(shí)驗(yàn)證明:高速鋼鉆頭采用磁化鉆削比普通鉆削效果好,零件加工質(zhì)量得以提高,刀具耐用度可提高1.4倍以上,且不需要增加昂貴的專用設(shè)備,方法簡單易行.

高速鋼鉆頭采用磁化鉆削,能使切削力下降,切削熱減少,功耗降低,并使深孔零件幾何精度和表面質(zhì)量得到改進(jìn).此外在磁化切削中比普通切削多了磁場強(qiáng)度等要素,而在一定切削速度下,存在著使加工精度明顯提高的磁場值,低于這一磁場值,加工精度提高不明顯,高于此值,加工精度提高又不是很大,因此需在不同切削條件下把握好合適的磁場強(qiáng)度,以獲得最佳效果.

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