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重型车床刀具及切削用量的选择

重型机械加工行业的特点是被加工件的尺寸很大,重量很重(有的可达上百吨),因此重型加工用卧式车床的回转直径可达到6米,立式车床更可达到10余米。与普通切削加工相比,由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、进给速度慢等特点,因此其加工工艺与普通的机械切削加工工艺有很大不同,这些工艺问题包括刀具的选择、刀具的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等各个方面。本文对重型车床切削加工不同加工阶段的特点分别作如下论述。

刀具的选择

机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特点(切削深度大,余量不均,表面有硬化层),刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高,尽管切削速度处于积屑瘤发生区,但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态,减小了摩擦力,抑制了积屑瘤的生成,所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击,刀具涂层后硬度可达80HRC,具有高的抗氧化性能和抗粘结性能,因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数,可降低切削时的切削力及切削温度,可以大大提高刀具耐用度(涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍)等优点,但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片,故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。陶瓷类刀具硬度高,但抗弯强度低,冲击韧性差,不适用于余量不均的重型切削,CBN刀具同样也存在这个问题。

刀具角度的选择

由于在重型机械粗加工阶段刀具的工作环境比较恶劣,比如材料锻造后的氧化皮、裂纹、铲坑、铸造后的夹杂、气孔等缺陷,都易导致刀具的损坏,因此应选择适当的刀具角度。用于重型切削的刀具一般采用0°~-5°前角,10°~15°后角,采用负的刃倾角,以增大工作前角和楔角,提高刀刃的锋利性和刀尖的强度。同时,在主切削刃上开有1mm左右宽的负倒棱、R2mm左右的刀尖圆角以提高刀刃的抗冲击性能。当然,这些角度还要根据实际加工情况进行调整。

刀具结构的选择

根据粗加工加工余量大、切削余量大的特点,用于粗加工的刀具应该具有很好的刚性。一般来讲,整体刀具的刚性较好,但重型刀具的结构笨重,装卸比较困难,所以发展方向应该是机夹刀具;械毒叩牡镀谐纸峁辜凹庸ぞ榷杂诘毒叩难≡窈苤匾,实际加工中发现,偏心销夹紧和勾头压紧式不适合重型粗加工,这是因为粗加工时的系统振动较大,常使压紧机构松动,导致刀片损坏。而上压式结构常因阻碍了切屑的流出造成压块的损坏。对机夹刀具的制造精度要求也很高,因为即使微小的误差,也会使定位机构变成承力机构,由于重型切削的加工过程中切削力巨大,就会造成刀具的损坏。经实际加工验证,图1所示结构的刀具比较适于重型机械加工的粗加工,其优点在于:当刀块与刀体间有误差时,可以进行修磨,从而保证装配精度;压紧螺栓位于后刀面上,不容易被切屑损坏。板式刀架比较适合重型切削,因为它极大地增加了刀片受力方向的刚度,可以使得在增加切削用量后,不会产生振动,有利于生产效率和加工质量的提高。

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