专用梳形成形刀的设计(上)

HEATS

　　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。

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　　图1零件简图

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　　1刀具的材料结构及其几何参数

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　　材料

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　　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。

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　　1.2刀具结构

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　　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。

图2刀具简图

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　　几何角度选择

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　　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°。

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　　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°。

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　　2切削力的计算

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　　被加工件加工表面的展开长度

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　　被加工件加工表面的展开长度(图3)

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　　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

在四边形AEOE′中

在四边形BF′O′F中

一个槽长

 

　　10个槽长为：50.1mm

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　　可见计算出的加工展开长为50.1mm

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　　切削力计算

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　　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

 

　　图3槽形尺寸

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　　Fz=CFzaxFzpfyFzvnFzkFz

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　　公式中

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　　CFz=490,xFz=1,yFz=1,nFz=0

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　　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

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　　Fz=490×50.111×0.0251×1×kFz=614kFz

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　　Fz=490×50.111×0.0551×1×kFz=1350kFz

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　　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。