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专用梳形成形刀的设计

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发表于 2010-9-12 11:13:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。 2 ^6 b' g2 N9 y; C/ I4 s* O, a9 f6 p* B% b8 v# `, z9 z$ G. @3 A# M) a& t9 A! G, z3 Q* y J1 }. p

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。 7 n6 |7 _- c( m) g0 X( ?

1 刀具的材料结构及其几何参数

" c+ s% B, I: l \/ B. t
    2 i9 f) O2 y' \4 A0 j0 y/ E
  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。 8 t# D8 P! \/ U9 Q, k' M9 h% j
  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。
    . @0 h8 Q9 x& a/ c" Z0 N9 [7 c! z5 \% U0 O6 D& V) n# r/ n0 [6 r- O7 t1 D/ o+ s) ^0 v

    图2 刀具简图
    + k- H ?- K. Z7 i# G1 y" }
  3. 几何角度选择 # K+ d: ~% ?% W9 { B3 h
      ) r) ]. K. J5 ^6 f
    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°。 & I. B4 p; x7 S
    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°。
+ w7 _" T p: b, r

2 切削力的计算

4 Q# N; J0 c5 r) i2 a
    " c8 a& \' v4 \4 [ J
  1. 被加工件加工表面的展开长度 1 E4 A6 U2 t+ J
    被加工件加工表面的展开长度(图3) ; B0 Y+ M3 E" X, o
    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 * ~0 }5 ^' H1 ^
    ! D' W( Q k) a; n [! I& k8 I& d
    在四边形AEOE′中 : S8 o# e! V1 f2 k; c9 o \. e! U5 y) ^
    + p" b0 n& B1 V
    在四边形BF′O′F中 4 ^2 c2 { ^% B# c( e. W. H
    % c# C8 ~, ?/ _/ _7 S8 S3 B+ P( t7 N
    一个槽长 " {1 W/ y x7 F, y
    ( F0 B9 }. J! ~1 Y
    10个槽长为:50.1mm 5 a& d1 ]1 ?+ x* q, b! E
    可见计算出的加工展开长为50.1mm
    $ r$ P8 n/ b4 z, G3 d
  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
    # Q$ r0 g, t( z- y8 a, Q0 }1 w0 \! x( a u1 G& j6 a, A- g% {; Z9 s* ^8 _0 y% m# C0 Z! r5 r/ ~5 |

    图3 槽形尺寸
    ; ?: k8 G3 S5 ^ ?9 u- G+ R/ `
    Fz=CFzaxFzpfyFzvnFzkFz
    公式中 |7 {' c1 _. c- \
    CFz=490,xFz=1,yFz=1,nFz=0
    4 b; `1 t% ~2 b; T+ \0 ~' [) Q4 e
    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 6 W0 T G/ U0 m4 P; j+ @
    Fz=490×50.111×0.0251×1×kFz=614kFz
    Fz=490×50.111×0.0551×1×kFz=1350kFz
    : _) I" j$ B& k7 C$ {; v! A
    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。
: X1 D) {$ M' K! s

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 % w. C' H# a% u9 W5 A( `( }+ C9 m
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)。
: s5 p- M; [( m# H3 w, Z . T4 f s! q4 i4 ?! }+ f2 V1 N9 E: k$ g( S6 P. B8 S1 N/ D4 X! c7 c1 Q5 H. Y2 f5 Z2 ?6 [9 @( S: g; E* z+ O! f7 g& j% V8 t% }- H% U( y5 y5 l! F2 U/ Z- ~& L, Q5 X$ v$ o1 f9 l/ h% \7 j# D4 T, c% p0 y( b. z6 h& E4 Y: L K" ] d/ U' c$ c/ L. W# c/ w: |" ^ ?9 _3 h" c/ r/ V$ M; {) p6 ?. w$ B6 n5 e' \, R' ? X3 m& T: @; D8 M4 E" ]9 C6 {' P8 h8 Q$ w! g/ M# b2 L. ~+ E1 O6 W$ L) S4 P6 K) R' I5 A; ^( ~3 Z: B; B( B K+ d' F, Z/ b- k+ I$ e& Z% B, g! J6 r* y: z l. k/ w! L3 ?, s4 j7 n+ K$ ?6 ]; y; ?8 u' a8 x! B. x3 y# j4 y: I& e7 V- Q, u3 {* F3 x$ U5 A' \0 B! V: o
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
6 Z* C& |- {2 S* H+ k# J
3 E- C/ ^8 q3 N" Q* f7 b; |

4 切削用量的选择

( O. }6 Y1 j# y3 ~6 Z3 Z8 @9 n
    4 e* d6 T; ^$ S- o# {2 D
  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。 % V7 k9 m7 r) H4 Z/ i3 o
  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。 ) T# q# w `% j/ h/ S
  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。
$ B0 `; G' c( V- v; J

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。 0 }" V5 o6 b) Y3 J" L; v. ~/ @' v
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:}
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