磨削技术网

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

查看: 643|回复: 2

专用梳形成形刀的设计

[复制链接]
发表于 2010-9-12 11:13:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转磨削论坛

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?注册会员

x
摘要:论述了V30开门机轮轴零件上10个小槽的梳形成形加工工艺,设计了片形成形刀,计算了切削参数和切削用量,探讨了刀具耐用度,经车间使用,加工效果良好。 5 j* o8 Q. ]+ H! @( [ 2 s. b7 F- J6 d3 B8 U) |1 P; v9 ]1 u3 E+ T' o% S4 o6 a

图1 零件简图

V30开门机轮轴是电梯开门机上的一个关键件,材料是LC4,零件形状见图1。为了确保零件中10个小槽精度,笔者设计制造了DS/1006梳形成形刀。 ; D3 _: t' z$ \3 f4 L. y

1 刀具的材料结构及其几何参数

' q$ B( F: {6 K" R+ x
    4 E5 ], G+ g# X/ H v
  1. 材料
      V30开门机轮轴使用的材料是超硬铝合金LC4,硬度150HB<8HRC(177HB相当8HRC)。工件外圆上要加工10个小槽,加工精度高,形状复杂,吃刀宽度长。鉴于工件的材料硬度及形状特点,我们选择了W18Cr4V高速钢。 ' `+ x; l/ |. S* J6 S+ b
  2. 1.2 刀具结构
      成形车刀可分为片形(平体)和圆形两种:圆形成形刀的寿命要比片形(平体)成形刀长。这种成形刀制造工艺复杂,成本高。为此我们选用了片形(平体)成形刀,它是由片状刀片和刀杆组成的,刀杆与刀片是分体的,刀片的互换性好,刀杆可重复使用。刀片加工只需加工上下面与后角,刀具前角在安装时自然形成。刀具制造工艺性好、周期短,成本低是这类成形刀的最大特点。DS/1006梳形成形刀是片形平体结构(图2)。刀具结构为机夹刀的模式。刀刃是10个齿形的梳形结构。10个齿前面还有一个定位面,是为了保证工件上第一个齿的中心线到端面的1.8mm。这样既能保证质量,使用又方便。刀杆的定位面要求粗糙度Ra0.8µm,是为了刀具安装时,可调整梳形刀的刀刃与工件的轴心线平行,以保证工件10个小槽的形状正确,深度一致。
    5 m( h2 L& R8 ^' k % U! t: ^5 A" i1 |; S- I1 h: E4 g$ A4 R* |, s" m/ h# s% k/ ^$ Z

    图2 刀具简图
    : o3 a+ T! i/ ^1 T8 C+ N
  3. 几何角度选择 ! m2 ~6 p0 _# F
      # A% Y0 k( ?8 P- q5 u! q
    1. 前角g0 成形刀具的前角,为保证其形状,常取较小值,但是加工铝材时又可用大前角。综合考虑各方面因素和有关资料的数据,DS/1006成形车刀的前角选取8°。刀刃各处的法向前角是不相等的,法向前角从8°~0°,又从0°~8°。 5 }/ |' R+ m/ u" V+ P
    2. 后角a0 成形车刀的刃形复杂,后角一般常取较小值,加工铝材可用较大后角。综合考虑各方面因素,决定成形刀的后角选取a0=10°。刀刃各处的法向后角也是不相等的,法向后角从10°~0°,又从0°~10°。
/ g4 |2 `; P4 @, ]) W0 y: h4 }

2 切削力的计算

2 p1 q9 `8 c3 Z
    1 }+ P7 a# P' h) b( h
  1. 被加工件加工表面的展开长度 ) \9 }' x; g" d. b
    被加工件加工表面的展开长度(图3) : K0 f1 K0 |& g+ \; B; Z
    已知:齿顶圆角R=0.4mm,r=0.2mm,齿形角为40°,齿间距为2.34mm。利用ΔABC求出 6 K$ c7 i- v% U# N
    # }0 b. a1 m, W- Y
    在四边形AEOE′中 ) C0 D4 l1 \+ w' d1 }
    1 [ c. x L& Q- T# {
    在四边形BF′O′F中 4 H' f0 d6 F5 u/ q o
    8 X. _* g9 `4 M
    一个槽长 e" L: |# }1 b7 d3 q
    }5 f5 C9 U' ? a7 e+ R
    10个槽长为:50.1mm ( \% u8 J2 _, B0 {# }. I8 b0 x* o
    可见计算出的加工展开长为50.1mm
    8 t. {5 |/ b6 g/ \6 ~6 Z! Y& j9 m
  2. 切削力计算
      有关资料论述:“铝合金有良好的切削性能,切削力比切削黄铜与钢时小得多,在切削量相同时,刀具所受的力及能耗也比切削黄铜与钢相应的低不少”。根据切削力公式
    2 u5 @6 K l+ p # z/ U8 w, @+ R! ?1 d/ |) [9 }6 m6 e6 \) B P ?( K# m8 g0 O' {4 u( ?: V1 ^7 U

    图3 槽形尺寸
    5 V0 ^7 \9 a) a. v2 l! ]
    Fz=CFzaxFzpfyFzvnFzkFz
    公式中 2 H9 V0 u; Y$ ^, [2 q2 F7 K
    CFz=490,xFz=1,yFz=1,nFz=0
    2 }7 P1 r* R/ n
    当成形车削刀具宽度≥50mm,进给量f=0.025~0.055mm/r时,将进给量分别代入上式可得 # v' u/ L b' l1 m+ p" O! s
    Fz=490×50.111×0.0251×1×kFz=614kFz
    Fz=490×50.111×0.0551×1×kFz=1350kFz
    " W( d) g; I% ]1 f
    kFz是切削力的修正系数,由被加工材料的机械性能、前角、主偏角、刀尖圆弧半径等所决定。加工钢材时切削力的经验公式为:Fz=2000apfv,加工铸铁时切削力的经验公式为:Fz=1000apfv。也就是说加工钢材时它的切削力为2000N左右,加工铸铁时它的切削力为1000N左右。与上面数据比较,证明这把成形刀的切削力是可行的。
9 \7 h( ?7 N9 w! I+ b4 e

3 刀具耐用度

  刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间,定为刀具耐用度,以T表示。它不包括测量、对刀等非切削时间。在相同的切削用量和磨钝标准时,刀具耐用度越高,表示刀具磨损得越慢或刀具切削性能好。
刀具耐用度与切削用量的关系可用扩充的泰勒公式表示,车削速度v为 + ^$ |$ H( a+ z: B
式中的系数和指数在文献4中查表可得。当加工材料为硬铝、加工形式为外圆纵车、刀具材料为高速钢时,f≤0.20mm/r、Cv=388、xv=0.12、yv=0.25、m=0.28,代入上式后得到 vT0.28=363。
  根据以上关系式可得下表(设:ap=50.11mm,f=0.20mm/r)。
/ y2 ]+ I9 z. [, O3 Y3 u" B' M( o: ]" z, \% L) M. k* V( [9 o- G. e' F5 V3 W: q% U) Q3 u' ]9 {( }" Q) r2 ~8 d2 y7 B6 p- ~" `' a* C* ~ Y! A4 L. P% m- p8 Q3 Y1 c; o: O# [5 Q9 S" |0 L% C& K5 n, Z/ B' k! `2 X- s6 {8 P* }- O1 @+ v2 e* k$ w5 v9 f H$ \8 a0 g- l5 I& o6 N% V. z5 T) H8 O8 x( b6 e4 P& J! i6 t3 E+ T$ `+ S: l8 u& U8 x8 `& r7 S' P/ q" \) _: N+ f6 j; I c. y3 D' W0 x5 m2 L: z/ y- p7 K: Q9 G* E$ z4 q/ g7 n5 b* p0 W; Q2 P; R1 W$ B4 X3 m" A2 e3 x# C9 D# Y! r' H4 R" Z5 B/ T0 j1 D- i6 J7 B& ^; B$ c7 J q0 I1 F6 E, a# o p3 Z$ k8 f8 c3 h9 a9 @8 i
硬铝车削时耐用度与切削速度的对应关系表
耐用度T(min) 500 1000 2372 4000 7915
切削速度
v(m/min)
外圆纵车 63.7 52.5 41.2 35.6 29.4
成形车削 54.2 44.6 35.0 30.3 25.0
, w3 F0 E: a+ I6 d7 Y3 q
7 I" Z0 A# T$ l6 x

4 切削用量的选择

% k0 K2 f/ T+ f
    2 l7 z8 e' a; Y- s
  1. 吃刀量ap DS/1006成形刀的吃刀量是变化的,随着吃刀深度的增加吃刀量由小到大直至50.11mm。 . [" V& n5 v6 y* f# b, A
  2. 进给量f 粗加工时限制进给量的主要因素是切削力,精加工时限制进给量的主要因素是表面粗糙度。DS/1006成形刀粗加工时吃刀量由小变大,为确保切削力不至于太大,选择进给量从0.20mm/r开始逐渐变小,进入精加工时一直变小到0.02mm/r。 ) K; s- b; H: t* }
  3. 切削速度v 当ap和f选定后在此基础上选择切削速度v。切削速度受到刀具耐用度的限制,必须在保证刀具的合理耐用度下选最大的切削速度。在车削过程中,冷却液采用煤油。经过以上刀具切削力、耐用度的分析再加上多年的加工经验,最后切削用量为:在加工全过程中,先后用二种切削速度来加工。切削初期粗加工时吃刀宽度不大,切削速度用35m/min,进给量较大为0.20~0.05mm/r,随着切削宽度的增加,切削力也逐渐增加,此时减小进给量。当切削宽度达到30mm左右时变换切削速度为25m/min,进给量取0.05~0.02mm/r,逐渐减小。经过这种方法加工的零件完全达到技术要求,且生产效率提高10倍,降低了生产成本。
: u- `0 `/ n6 X& m

5 结论

  在刀具设计中,加工质量、耐用度、成本取决于刀具材料选用是否合理、正确。DS/1006梳形成形刀的结构采用机夹式分体结构。比圆形成形刀加工工艺性好、互换性好。刀具几何参数:前角8°、后角10°,法向前角和后角是变化的。
  为适应吃刀宽度50.11mm的特定条件,DS/1006梳形成形刀采用了变化的进给量,以及二种较低的可变换的切削速度来完成一个零件的加工过程。在正常切削用量下,其切削力为1000~2000N之间,在刀具切削力通常允许的范围内。
  泰勒公式是耐用度的重要计算公式。根据扩充的泰勒公式计算出DS/1006梳形成形刀的耐用度:粗车时(v=35m/min)为2372min;精车时(v=25m/min)为7915min。要正确选择切削用量才能保证刀具的耐用度。根据资料的测算,这把刀具的耐用度能加工约1000个V30开门机轮轴。
  DS/1006梳形成形刀确保V30开门机轮轴的加工质量,使开门机的多楔形皮带传动平稳、噪声低、传递功率大、使用寿命长。 % j+ N3 ^, e c
发表于 2014-5-2 16:34:25 | 显示全部楼层
学习学习,,。。。
发表于 2014-7-6 17:30:15 | 显示全部楼层
学习学习了{:soso_e144:}
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则

中国磨床技术论坛
论 坛 声 明 郑重声明:本论坛属技术交流,非盈利性论坛。本论坛言论纯属发表者个人意见,与“中国磨削技术论坛”立场无关。 涉及政治言论一律删除,请所有会员注意.论坛资源由会员从网上收集整理所得,版权属于原作者. 论坛所有资源是进行学习和科研测试之用,请在下载后24小时删除, 本站出于学习和科研的目的进行交流和讨论,如有侵犯原作者的版权, 请来信告知,我们将立即做出整改,并给予相应的答复,谢谢合作!

中国磨削网

QQ|小黑屋|手机版|Archiver|磨削技术网 ( 苏ICP备12056899号-1 )

GMT+8, 2024-3-29 19:28 , Processed in 0.103265 second(s), 21 queries .

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表