40Cr 不銹鋼定位桿銑削工藝分析及零件加工

吳庭友,楊 旭

(1.貴州航天電子科技有限公司,貴州 貴陽 550000;2.成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院/成都市技師學院,四川 成都 611731)

小型平面零件是銑削加工中常見的零件之一,怎么裝夾是銑工需首先考慮的問題。為了保證零件的尺寸精度、表面粗糙度和合格率,需要銑工考慮選擇不同裝夾方式、銑削方法、切削參數(shù)和刀具才能完成。許多學者對各種40Cr 零件加工條件進行研究,如40Cr 直齒齒條在轉(zhuǎn)速為200 r/min、進給量為300 mm/min 的情況下,齒形表面粗糙度可達Ra3.2 μm[1]。新型Al2O3陶瓷刀具在v=260 m/min、f=0.12 mm/r、ap=0.1 mm 的試驗條件下切削淬硬40Cr 合金鋼,刀具的磨損形貌以磨粒磨損和擴散磨損為主[2]。采用TiAlN 涂層刀具對40CrNi 鋼進行干切削試驗,其切削速度對切削溫度的影響最大,其次是進給量和背吃刀量[3]。

1 定位桿銑削加工工藝分析及裝夾方式選擇

本次銑削選用的40Cr 不銹鋼圓棒料,屬于難加工材料,如圖1 所示。前一道工序已經(jīng)加工成一個臺階軸,是Φ3 mm ×4 mm 和Φ8 mm ×14 mm 圓柱體?，F(xiàn)需在普通銑床上完成偏心長方主體和帶圓弧方體的銑削加工。零件需完成加工的是平面和圓弧表面銑削,在普通銑床上加工圓弧需借助于圓工作臺或分度頭,零件是小圓弧,所以選用分度頭完成。

圖1 定位桿毛坯圖

1.1 零件圖紙的分析

如圖2 所示為不銹鋼定位桿零件圖紙,從產(chǎn)品零件圖樣可知,該零件體積小,剛性差,容易振動變形。零件的各表面粗糙度值為1.6 μm,表面光潔度小,銑削加工要求高,所以在加工時選擇高的主軸轉(zhuǎn)速,小的背吃刀量,進給量分成粗加工、半精加工、精加工進行加工。左面14 mm ×2.5 mm 是一個偏心的長方體柱,R2.5 的圓心和Φ3 mm 的圓柱圓心重合,并且與距離5 的兩邊相切。銑削時用分度頭進行裝夾完成。銑削加工流程如下:先把Φ8 mm 的圓柱體上面銑成14 mm ×5 mm→再銑左右尺寸為14 mm×3.12 mm 的兩個長方體柱→銑12 mm ×2.5 mm 長方體柱→銑R2.5 圓弧→倒角2-C1。

圖2 定位桿二維零件圖

1.2 零件裝夾

因零件生產(chǎn)類型是小批量生產(chǎn),銑削加工時裝夾部分尺寸又短小,無法直接裝夾,為保證已車削好的外圓Φ3 mm 臺階表面不被夾壞并控制圓柱的圓跳動。需要增大接觸面積,使夾緊力均勻地分布在零件上,選擇銑刀的彈簧夾套進行裝夾,如圖3 所示。再用萬能分度頭的三抓卡盤夾緊,懸臂銑削。懸臂銑削時容易振動,所以選擇小的背吃刀量和進給量完成。

圖3 彈簧夾套

2 刀具材料、切削用量及銑削方式選擇

2.1 刀具材料

高速鋼刀具最好采用 W6Mo5Cr4V2Al 和W12Cr4V2Mo 高性能材質(zhì)的高速鋼,可使刀具耐用度提高3 倍以上[4]。

硬質(zhì)合金,應(yīng)選用與不銹鋼親和作用及粘結(jié)作用小的YG 類添加TaC 或NbC 的細晶粒硬質(zhì)合金。如選用涂層硬質(zhì)合金銑刀,最好選TiAlSi 涂層類,可減小在切削過程中的粘結(jié)。硬質(zhì)合金銑刀是進行高速銑削提高銑削生產(chǎn)率的有效途徑之一。高速銑削時每分鐘進給量大,切削量增加,所產(chǎn)生的熱量也增加,溫度可高至800 ℃左右,在這種情況下,被加工金屬的硬度急劇降低,零件的切削性能變得非常好,刀具耐用度提高。

因零件加工屬于小批量,在保證質(zhì)量的前提下,需要提高加工效率,所以選擇Φ6 mm 的硬質(zhì)合金涂層圓柱銑刀進行銑削,如圖4 所示。

圖4 涂層圓柱銑刀

2.2 切削用量

銑削用量包括銑削層寬度、銑削層深度、銑削速度和進給量。銑削用量的選擇,對提高生產(chǎn)效率、改善表面粗糙度和加工精度都有密切關(guān)系,本次零件粗糙度為1.6 μm,所以選擇主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量和進給速度如表1 所示。因不銹鋼的塑性、韌性和抗拉強度高,導(dǎo)熱系數(shù)低,切削溫度高,切削時易產(chǎn)生粘結(jié)和擴散磨損,使加工硬化嚴重,加劇刀具的磨損。所以需充分加注切削液潤滑和冷卻,才能保證零件的銑削加工。

表1 切削參數(shù)

2.3 銑削方式的選擇

順銑和逆銑是普通銑削加工的兩種方式。生產(chǎn)中需根據(jù)零件實際加工要求選擇不同銑削方式才能達到零件所需的表面光潔度。

順銑時,銑刀刀齒作用在工作臺上的力與工作臺前進的方向一致,如同向前進方向推一下,工作臺同樣要向前移動一小段距離,會使絲桿和螺母之間的間隙增大,這就使銑刀突然切入被加工表面出現(xiàn)深啃現(xiàn)象,容易受到刀軸和機床傳動機構(gòu)的沖擊,引起刀齒折斷,為了防止深啃現(xiàn)象使加工時中途不能停止進給。順銑時,刀刃一開始就切入工件,切屑由厚而薄,故刀刃比逆銑磨損小銑刀耐用度高;銑刀不會產(chǎn)生上下跳動,振動小,工件表面光潔度好,并且切削面上沒有硬化層,容易切削。

逆銑時,銑削力與工作臺運動方向相反,在銑削力的作用下,絲桿與螺母總是保持緊密的接觸,而不會松動,就克服了深啃的現(xiàn)象。逆銑時切屑由薄而厚,刀刃容易磨損;銑刀往往會產(chǎn)生周期性的振動,影響加工表面光潔度,切削面上有前一刀齒加工時造成的硬化層,不宜切削[5]。綜上所述,此次加工時因零件表面質(zhì)量要求高,所以選擇順銑方式加工。

3 關(guān)鍵技術(shù)及加工效果

3.1 零件銑削關(guān)鍵技術(shù)

如圖5 所示,左邊的長方體柱和寬2 mm 的中間帶圓弧的方臺都以Φ8 mm 的圓柱銑成偏心零件,長方體柱上方距離中心線2 mm,A、G、B三點都在R2.5 的圓弧上面,C、E兩點在Φ8 mm 的圓上。所以根據(jù)直角三角形中的勾股定理可知r2=a2+b2,可以計算出CD和OF的長度,即CE=2CD。

圖5 定位桿長方體柱銑削余量圖

因毛坯是Φ8 mm 的圓柱,需要加工成寬度5 mm 的方體,單邊的銑削余量是1.5 mm。OF==2.17 mm,那么可以計算出需要加工的深度FG=OA-OF=2.5 -2.17=0.33 mm。R2.5 的半圓弧加工是先把零件切削深度尺寸調(diào)整好,通過旋轉(zhuǎn)萬能分度頭的手柄進行銑削加工。

3.2 零件加工效果

圖6 為不銹鋼定位桿零件加工效果。選擇合理的銑削工藝、刀具切削參數(shù)和銑削方式,用銑刀彈簧裝套進行裝夾,使Φ3 mm 臺階表面不被夾壞,控制圓跳動。增大接觸面積,使夾緊力均勻地分布在零件上。銑削時注意關(guān)鍵技術(shù)要點,銑削過程中高的切削速度,小的進給量保證零件表面質(zhì)量,最終達到圖紙上的控制要求。

圖6 定位桿最終加工效果圖

4 結(jié)束語

本研究主要通過不銹鋼定位桿零件工藝分析,選擇合理的銑削工藝方案和裝夾方法、切削參數(shù),能有效解決小零件銑削加工中出現(xiàn)的問題。用銑刀彈簧裝套裝夾,使夾緊力均勻地分布在零件上,減少零件銑削變形,保證零件加工時的圓跳動、尺寸精度和表面粗糙度,從而達到圖樣要求,為同類小零件的銑削加工提供借鑒和參考。