先進(jìn)刀具在普通車床的應(yīng)用

黃茂其，葉榕偉，陳永兆

先進(jìn)刀具在普通車床的應(yīng)用

黃茂其，葉榕偉，陳永兆

（五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東江門529000）

通過利用C6132A普通車床加工20C rM nTi鍛件，從使用傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金YT15焊接車刀到更改用先進(jìn)的機(jī)夾不重磨車刀和先進(jìn)的涂層刀具，可使普通車床上加工零件的精度和加工效率明顯提高，使先進(jìn)刀具性能得到了較高的應(yīng)用，有利于零件的批量生產(chǎn)加工，體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)效益。

C6132A普通車床；20CrMnTi；機(jī)夾車刀；涂層刀片

在機(jī)械加工行業(yè)中，提高工件的加工精度和加工效率以增加經(jīng)濟(jì)效益是一直以來追求的目標(biāo)。在普通車床上加工20CrMnTi鍛件，在改用先進(jìn)刀具之前使用YT15硬質(zhì)合金焊接車刀，由于受到零件材料特性的影響，加工時(shí)使用合理切削用量車刀的耐磨度和使用壽命都不理想，制約了加工零件的精度，增加了磨刀和裝刀的輔助時(shí)間，導(dǎo)致加工效率較低，在批量加工中比較費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，成本高。改用先進(jìn)的涂層刀具后，利用涂層刀具的優(yōu)越性能在加工中選用適當(dāng)?shù)那邢饔昧?，涂層刀具的性能可得到較好的發(fā)揮，解決了用傳統(tǒng)刀具在加工中所遇到的問題。提高了零件的加工精度和生產(chǎn)效率，增加了零件的產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益獲得明顯的增長(zhǎng)。

1 零件材料、工藝分析

加工零件如圖1所示。

圖1 傳動(dòng)軸

1.1 零件材料分析

20CrMnTi鍛件，材料經(jīng)過胎模鍛造后，進(jìn)行正火熱處理，以降低材料的硬度，消除零件在鍛造時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，減少零件的變形和開裂，為下一工序作加工，滲碳熱處理作材料組織準(zhǔn)備。零件毛坯經(jīng)過正火處理后的硬度在HRC20～25之間。表面氧化皮硬度略高一點(diǎn)。零件材料中含有鉻、錳、鈦等金屬元素使材料具有較高的強(qiáng)度和韌性，綜合機(jī)械性能較好[1]。在使用傳統(tǒng)車刀在加工時(shí)可知，車削的時(shí)候由于零件毛坯表面不規(guī)則，外圓表面有跳動(dòng)，對(duì)車刀有著較大的斷續(xù)撞擊，而且毛坯表面氧化皮較硬，使車刀刀刃容易磨損，給加工帶來一定的困難，降低了車刀的耐用度和使用壽命，不利于生產(chǎn)。

1.2 零件工藝分析

此傳動(dòng)軸的工藝流程：下料—鍛造—正火熱處理—粗車—半精車—滲碳—精磨。以上的圖紙為半精車工序，在車床加工中先要進(jìn)行粗車，把表面氧化皮車去留下半精加工余量，再進(jìn)行半精車工序，達(dá)到圖紙要求的精度為下一工序作準(zhǔn)備。

2 刀具選用

在C6132A1普通車床上使用傳統(tǒng)刀具，由于受到了刀具材料、工件材料等方面的綜合因素影響，制約了加工時(shí)的切削用量的提高，用此加工法，費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，成本高。特別是刀具的磨損，增加了停機(jī)磨刀的輔助時(shí)間，降低了切削效率，致使產(chǎn)量較低。

在綜合了原加工所存在的導(dǎo)致切削效率較低問題，經(jīng)過多次努力嘗試，對(duì)其中的問題加以分析解決，在粗車中加工外圓的余量約6 mm，加工時(shí)為了減少加工次數(shù)盡量提高切削深度以提高加工效率。同時(shí)要節(jié)約磨刀，換刀的時(shí)間。再根據(jù)目前車刀刀具在市面上的采購情況，在粗車加工工序中采用不磨機(jī)夾刀，采用刀片材料為YW1屬于鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金，在鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金中增加TaC，提高了硬質(zhì)合金的強(qiáng)度、韌性、耐熱性及抗氧化能力。YW 1硬質(zhì)合金是通用硬質(zhì)合金[2]，既可以加工鋼材又可以加工鑄鐵，加工范圍比較廣。

在改用YW 1硬質(zhì)合金，應(yīng)用在粗車中，比YT15具有更好的抗斷續(xù)沖擊的能力，同時(shí)刀具的耐磨性也得到了提高，在車刀刀片的耐用度提高的同時(shí)，由于刀片為可轉(zhuǎn)位不重磨，減少了磨刀裝刀的輔助時(shí)間，當(dāng)一刀刃磨損到不能加工后，可立即將刀片轉(zhuǎn)位更換另一個(gè)刀刃繼續(xù)進(jìn)行加工，節(jié)約停機(jī)磨刀和裝刀時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。經(jīng)過車削調(diào)試中，合理的切削用量為主軸轉(zhuǎn)速為560 r/min，切削深度為3 mm（一刀直接把毛壞加工到半精車留余量尺寸），進(jìn)給量選擇為0.31 mm/r.在刀片的實(shí)際應(yīng)用中以上的切削用量為最合理，鐵末形狀為C形片狀，排削順暢，減少清理鐵末動(dòng)作有利于加工。刀片的使用壽命最長(zhǎng)，每刃加工的零件數(shù)量為最多。在粗車中，留出直徑為1 mm的精車余量，在同類型的不重磨刀片比較中，31303C刀片使用效果較好，性價(jià)比較高的刀體刀片形狀。如圖2所示。

圖2 S90W 20—3K13

在半精加工中，除了要達(dá)到圖紙要求外，提高加工效率和刀具的耐用度也非常重要，零件的表面氧化皮已經(jīng)車掉，留下的是規(guī)則表面，對(duì)車刀沒有沖擊。車刀的選擇范圍較廣，在與同類型的涂層刀具相比，半精車零件外圓選用硬質(zhì)合金涂層刀片，型號(hào)為DNMG150608MN，基體合金材料型號(hào)為KC9125，如圖3所示。半精車零件內(nèi)孔也選用硬質(zhì)合金涂層刀片，型號(hào)為CCMT09T304LF，基體合金材料型號(hào)為KC9125，如圖4所示。

圖3 DNMG 150608MN

圖4 CCMT09T304LF

兩種車刀刀體選用的型號(hào)分別為：PDUNR2525—15和S16R—SCLCR09，如圖5所示。

圖5 車刀刀體

這兩種涂層刀片是以硬質(zhì)合金的基體，在硬質(zhì)合金表面上利用化學(xué)氣相沉積法，涂上了三層高硬度，高耐磨性的材料，分別為TiN，TiCN，TiC，由于涂層材料的作用，增加了刀具的表面硬度，減少了刀具與工件之間的磨擦，降低了切削力，減少了積屑瘤的形成，提高加工精度，降低粗糙度，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命，降低了加工成本。

在C6132A1車床上經(jīng)過試驗(yàn)半精加工，最佳的切削用量為：轉(zhuǎn)速1 120 r/min，吃刀深度為0.5 mm，進(jìn)給量0.25 mm/r，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命，經(jīng)過反復(fù)嘗試，在C6132A1車床中加進(jìn)給對(duì)20CrMnTi操作半精加工時(shí)，使用轉(zhuǎn)速為1 120 r/min.切削深度為大于0.5 mm小于1 mm進(jìn)0.25 mm/r.由于刀片本身的刀尖圓弧較大有較好的修光作用，在車削中具有高強(qiáng)度，加上涂層材料可進(jìn)行高速和大進(jìn)給量車削，通過使用涂層刀片應(yīng)用以上的切削用量，車削加工20CrMrTi鍛件，能夠較充分地發(fā)揮了涂層刀具的作用，加工切屑的問題也達(dá)到了較理想的狀態(tài)，產(chǎn)生有規(guī)律的切屑為斜螺旋狀長(zhǎng)度約10 mm左右，減小了清理切屑動(dòng)作，有利于加工生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)率和降低了零件的返工率和次品率，提高了效益。在使用涂層刀加工中，不能在較低的轉(zhuǎn)速中進(jìn)行強(qiáng)力切削（因其切削線速度應(yīng)在80～110 m/min），特別在沖擊較大的切削加工中，涂層容易剝落，達(dá)不到涂層刀具應(yīng)有的加工效果，而影響刀具使用壽命，增加刀具成本[3]。所以在普通車床上粗車外圓時(shí)不能選用涂層刀片。

使用先進(jìn)刀具后的經(jīng)濟(jì)效益分析如表1所列。

表1 使用先進(jìn)刀具后的經(jīng)濟(jì)效益分析

通過上表可知使用了先進(jìn)刀具后，每月的產(chǎn)量提高了60%，每月的刀具損耗總費(fèi)用提高了25%.焊接硬質(zhì)合金車刀每把10元，31303C外圓粗車刀片7.5元/片，DNMG150608MN外圓半精車刀片48元/片，CCMT09T304LF內(nèi)孔半精鏜刀片27元/片。從表面價(jià)格看單塊的涂層刀片的價(jià)格比較貴，焊接硬質(zhì)合金車刀比較便宜，在加工中涂層刀的性能價(jià)格比較高，從每個(gè)月所加工的零件數(shù)來攤分刀具成本，原來0.32元/件，改進(jìn)后是0.25元/件，降低了刀具的成本，提高了產(chǎn)量，同時(shí)減少了返工，提高合格率，使整體加工效率得到提高，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)。

3 結(jié)束語

在C6132A普通車床上加工20CrMnTi鍛件，通過在實(shí)踐中的不斷努力嘗試和探索，加工工藝不變的情況下，采用不重磨機(jī)夾刀具，選用先進(jìn)刀具和選擇合理的切削用量，改善了原來生產(chǎn)中存在的不足，節(jié)約了刀具成本，提高加工效率和加工精度，在批量的生產(chǎn)中，明顯提高了產(chǎn)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[2]施振邦，胡立新.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].南昌：江西高校出版社，1997.

[3]袁哲俊.金屬切削刀具[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1993.

Application of Advanced Tools in Ordinary Lathe

HUANG Mao-qi， YE Rong-wei，CHEN Yong-zhao，
（School of Mechanical and Electrical Engineering，Wuyi University，Jiangmen Guangdong 529000，China）

Through the use of C6132A ordinary lathe 20CrMnTi forgings，from hard alloy YT15 using traditional welding tool to change with the advanced machine clip not grind tool and advanced coating tools can make machining lathe precision and the processing efficiency is improved significantly，so as to get high performance in cutting tool applications，a for batch production of parts，reflecting the good economic benefit.

C6132A ordinary lathe；20CrMnTi；machine tool clamp；coating blade

TG112

B

1672-545X（2017）02-0173-03

2016-11-14

黃茂其（1975-），男，廣東人，助理實(shí)驗(yàn)師，高級(jí)技師，研究方向：金工實(shí)習(xí)、車工技術(shù)應(yīng)用；葉榕偉（1974-），男，廣東人，助理工程師，高級(jí)技師，研究方向：金工實(shí)習(xí)、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用；陳永兆（1976-），男，廣東人，助理工程師，研究方向：金工實(shí)習(xí)、特種加工技術(shù)應(yīng)用。