整体硬质合金精密高效直槽扩挤刀
<DD>扩挤刀是汽车发动机高精度孔加工专用刀具。汽车发动机的进气管是发动机的重要部件，进气管喷油嘴孔的加工质量直接影响汽车的节油性能。过去加工喷油嘴孔大都使用国外进口的精密扩挤刀，价格昂贵，加工成本很高。为了降低加工成本，提高产品的市场竞争力，汽车刀具国产化已势在必行。下面介绍我公司开发的精密直槽扩挤刀的设计及制造要点。<H1><FONT size=2>1 被加工孔的特点</FONT></H1>
<DD>发动机喷油孔的加工工序如图1所示。工件材料为AlSi12(Cu)；加工机床为德国DMG60H卧式加工中心；切削参数为v＝3.5m/s，f＝0.14mm/r，冷却方式采用乳化液外冷。
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<TD rowSpan=2><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_o1x6by200736112137.gif"><BR><B>图1</B></FONT>
<TD rowSpan=2><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_iiz6pb20073611228.gif"><BR><B>图2</B></FONT>
<TD><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_adegs3200736112223.gif"><BR><B>图3</B></FONT>
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<TD><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_e0dcw2200736112236.gif"><BR><B>图4</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>由图可知加工部位如下：扩<FONT face=symbol>f</FONT>11±0.1mm和<FONT face=symbol>f</FONT>14±0.1mm孔，锪<FONT face=symbol>f</FONT>20mm沉孔及成型倒棱面，其中<FONT face=symbol>f</FONT>14±0.1mm孔表面粗糙度要求达到R<SUB>a</SUB>1.6µm。</FONT>
<DD>在加工过程中，由于铝合金强度低，切屑变形大，将影响加工效果，而提高切削速度和加大进给量能减小切屑变形系数，因此采用高转速大进给量加工，能抵消一部分切屑变形。为了保证被加工孔的表面粗糙度值在R<SUB>a</SUB>1.6µm以下，必须设计合理的刀具结构及参数，减小甚至消除积屑瘤，避免鳞刺的产生，防止出现振动，同时还应采取措施对已加工表面进行挤压，进一步降低粗糙度值。
<H1><FONT size=2>2 刀具设计要求</FONT></H1>
<OL><B>
<LI>消除积屑瘤</B>
<DD>积屑瘤是切屑底层金属与前刀面发生冷焊造成的，适当增大前角，提高前刀面光洁度是消除积屑瘤的主要措施。通常增大前角的主要方法是采用右螺旋面和负偏距平面，但螺旋面是砂轮和工件通过螺旋运动合成的，磨削过程平稳性差，难以获得高光洁度的前刀面，而负偏距平面将降低刀具强度，也不宜采用。此时可采用正偏距平面，它虽使前角有所减小，但将增大切屑的脆性，使之易于断裂，是消除积屑瘤的有效措施。<B></DD>
<LI>消除鳞刺</B>
<DD>从金属切削原理可知，当切削速度较高时，减小前角可抑制鳞刺的产生，因此，采用正偏距平面除可消除积屑瘤外，还可有效抑制鳞刺的产生。<B></DD>
<LI>防止振动</B>
<DD>振动通常分为三种：自由振动、强迫振动和自激振动(即颤振)。自由振动和强迫振动与刀具无关；颤振是由振动本身从单向作用的外力获取能量来维持自己的振动，也叫自持振动，此种振动的大小与刀具设计合理与否密切相关。刀具切削时的受力情况如图2、图3所示。</DD></LI></OL>
<DD>当切削过程中遇到被加工材料的硬质点时，刀具两主切削刃所受主切削力F<SUB>z1</SUB>、F<SUB>z2</SUB>不相等，其径向分力F<SUB>Y1</SUB>、F<SUB>Y2</SUB>也不相等，由此导致刀具产生径向振动，并在加工表面上出现振纹，从而增大弹性系统(刀具)的阻尼，抑制振动的产生。图3中刀齿A即可起这种作用。此外，还可对已加工面进行熨压，降低孔的表面粗糙度值。
<DD>图4是图3刀齿A挤压工件时的局部放大图。在图4中，F<SUB>1</SUB>＝FcosA，当F一定时，A越小，挤压力越大，有利于降低加工表面粗糙度。本设计中，Q面是利用?＝300mm的砂轮按图5参数磨出的，它能减小A值，获得较好的挤压效果。</FONT>
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<TD><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_ske1ry200736112252.gif"><BR><B>图5</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE>
<H1><FONT size=2>3 具体参数的确定</FONT></H1>
<DD>直槽扩挤刀主体结构的参数有6个，具体分布如图5所示。
<OL><B>
<LI>偏距L</B>
<DD>L影响刀具的前角、刃倾角及切屑的流向，影响切入、切出的平稳性，L值越大，切削刃越长，切削过程也越平稳。但L值过大，将使刀具锋利度下降，对抑制积屑瘤及鳞刺的生长极为不利。通常取L＝0.7mm。<B></DD>
<LI>芯厚K</B>
<DD>K值直接影响容屑空间大小及刀具强度，通常取K＝2.9mm。<B></DD>
<LI>槽夹角<FONT face=symbol>q</FONT></B>
<DD><FONT face=symbol>q</FONT>主要影响容屑空间大小，通常取<FONT face=symbol>q</FONT>=105°。<B></DD>
<LI>槽底圆角半径R</B>
<DD>R影响容屑槽的圆滑性，通常取R＝1mm。<B></DD>
<LI>圆柱刃宽b</B>
<DD>刃宽影响刀具的挤压效果和加工平稳性，适宜的刃带宽度有支承、导向、稳定和消振作用。通常取b＝0.8mm。<B></DD>
<LI>背径D<SUB>r</SUB></B>
<DD>D<SUB>r</SUB>影响图4中A值，D<SUB>r</SUB>越小，A也越小，D<SUB>r</SUB>值通常比工件直径小0.4～0.6mm。</DD></LI></OL>
<H1><FONT size=2>4 制造要点</FONT></H1>
<DD>制造精密高效直槽扩挤刀时，应注意两点：①尽量提高前刀面的光洁程度，使粗糙度值保持在R<SUB>a</SUB>0.2µm以下；②确定合理的后角，并使后刀面粗糙度值保持在R<SUB>a</SUB>0.4µm以下。
<OL><B>
<LI>前刀面的加工</B>
<DD>为获得高质量的前刀面，应选用细粒度的金刚石砂轮，磨削线速度应达到50m/s以上，磨削方向如图6所示。由图可知，利用砂轮侧面磨削前刀面，且应沿槽深方向一次磨削到位，这样砂轮不易振动，可获得理想的粗糙度值。</FONT>
<P></P>
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<TD><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_ti8fve20073611238.gif"><BR><B>图6</B></FONT>
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<TD><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_ozwr8i200736112320.gif"><BR><B>图7</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE><B></DD>
<LI>后刀面的加工</B>
<DD>加工后刀面的情况如图7所示。由图可知，斜置工件进行铲磨，增大X角，即能增大C<SUB>1</SUB>值，获得较大轴向铲磨量，这样可获得较大轴向后角，而加工铝合金的刀具通常均需要较大后角。
<DD>后刀面结构有两种：一种是将后刀面加工成平面后角，从图8可知，砂轮走刀方向应与折线L平行才能使后刀面无高点，因此需要三次走刀。此外，由于每次走刀方向不一致，必然产生明显的接刀痕迹，影响外观，且费工时。另一种是将后刀面加工成铲磨曲面，从图9可知，圆C是砂轮走刀方向，铲磨运动正是利用圆周运动和直线移动来合成的，很容易实现一次走刀完成后刀面的加工，加工效率高，尺寸精度易于控制，无接刀痕迹，外观漂亮。</DD></LI></OL>
<DD>比较后刀面的两种结构，以采用铲磨曲面较为合适，后角取9°～11°，最终加工的磨削进给量应取得很小，以便将后刀面粗糙度控制在R<SUB>a</SUB>0.4µm以下。
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<TD><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_irqixq200736112338.gif"><BR><B>图8</B></FONT>
<TD><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_vi9w0f200736112348.gif"><BR><B>图9</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE>
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<H1><FONT size=2>5 试验效果</FONT></H1>
<DD>图10所示为最终完成的扩挤刀设计型式。经某发动机生产厂家试验(使用机床和切削参数与本文第1节所列相同)，所加工的?14±0.1mm孔表面粗糙度值在R<SUB>a</SUB>1.6µm以下，孔的表面质量稳定。国产扩挤刀可连续加工28000个孔，而进口刀具则只能加工21000个孔。
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<TD align=middle><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_en4pes200736112357.gif"><BR><B>图10</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE></DD>
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