硬态干式车削渗碳淬硬钢切削力试验研究.pdf

2 0 1 3年 4月 第 4 l 卷 第 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS Ap r 2 01 3 V0 1 41 No 7 D OI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 0 7 0 2 5 硬态干式车削渗碳淬硬钢切削力试验研究 王丽萍 王晓光 1 廊坊职业技术学院机械工程 系 河北廊坊 0 6 5 0 0 0 2 北华航天工业学院机械工程系 河北廊坊 0 6 5 0 0 0 摘要 使用硬质合金刀具 陶瓷刀具对渗碳淬硬钢 2 0 C r Mn T i进行干式车削试验 通过测量不同切削条件下切削力的 值 得出了切削深度 进给量 切削速度对切削力的影响规律 建立了3个经验公式 试验结果还表明 加工渗碳淬硬钢 和通用钢时 切削用量对切削力的影响规律基本相同 关键词 淬硬钢 干式车削 切削力 中图分类号 T G 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 7 0 8 9 2 Ex pe r ime n t a l S t ud y o n t he Cu t t ing Fo r ce o f Dr y Tur n ing f o r Ha r d e ne d St e e l W ANG Li p ing W ANG Xia o g u a n g 1 D e p a r t m e n t o f Me ch a n ica l E n g in e e r in g L a n g f a n g P o ly t e ch n ic I n s t it u t e L a n g f a n g H e b e i 0 6 5 0 0 0 C h in a 2 De p a r t me n t o f Me cha n ica l En g in e e r i ng No rth Ch in a I n s t i t ut e o f Ae r o s p a ce E n gi n e e r in g L a n g f a n g He b e i 0 6 5 0 0 0 C h i n a Ab s t r a ct Dr y t u r n in g e x p e ri me n t s o n ce me n t e d a n d h a r d e n e d s t e e l 2 0 C r Mn T i we r e ma d e wit h ce me n t e d ca r b id e cu t t in g t o o ls a n d ce r a mic cu t t in g t o o ls T h r o u g h me a s u ri n g t h e v a lu e o f cu t t in g f o r ce u n d e r v a r y in g cu t t in g co n d it io n s t h e in f lu e n ce s o f cu t t in g d e p t h f e e d r a t e a n d cu t t in g s p e e d t o t h e cu t t in g f o r ce we r e a n a ly z e d a n d t h r e e e mp iri cal f o r mu la s we r e o b t a in e d Th e t e s t r e s ul t s al s o s h o w t h a t in fl u e n ce la w o f cu t t in g p ara me t e r s t o t h e cu t t in g f o r c e is b a s ical ly t h e s a ln e wh e n h ard e n e d s t e e l a n d g e n e r al s t e e l are t u r n e d Ke y wo r d s Hard e n e d s t e e l Dr y t u rn in g C u t t in g f o r ce 切削力是切削加工中工件材料抵抗刀具切削所产 生 的阻力 在加工过程 中 切 削力直接影响切削热 的 产生 刀具的磨损 加工的精度和加工表面的质量 在生产中 切削力又是计算切削功率 设计机床 刀 具 夹具 的必要依据 研究切削力的规律 对于切削 过程的优化和实际生产都有重要意义 切削力有 3 个垂直的分力 主切削力 切深抗力和进给抗力 其 中主切削力是在主运动方向上的分力 作者将针对加 工渗碳淬硬钢2 0 C r M n T i的主切削力进行深入探讨 1 试验条件 试验 材 料 渗 碳 淬 硬 钢 2 0 C r Mn T i 硬 度 为 H R C 5 8 6 2 试 件尺寸 0 m m x 4 0 0 m m 试验 刀 具 硬 质 合 金 刀 具 Y T 7 2 6 陶 瓷 刀 具 C C 6 5 0 刀具几何参数见表 1 3 机床 C 6 1 3 0卧式车床 带无级调速装置 表 1 试 验刀具的几何参数 切削力测量系统的原理如图 1 所示 图 1 切削力测量系统原理 图 测力仪固定在车床工作台上 刀架位于测力仪的 上方 系统所用的测力仪为三向压电晶体测力仪 K i s t le r 9 2 5 7 B 电荷放大器为 K is t le r 5 0 1 7 B Y 3 个方向的切削力信号分别经高阻抗的导线输入到电荷 放大器相应的通道中 由电荷放大器把输入的信号进 行放大 A D转换板把从 电荷放大器输出的模拟信 号转换为数字量信号 切削过程中产生的力信号首先 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 0 2 作者简介 王丽萍 1 9 7 2 一 女 工程师 主要从事金属切削工艺方面的科研与教学工作 E m a i l w a n g l p 9 8 0 3 2 5 1 63 C O rno 9 0 机床与液压 第 4 1 卷 经过测力仪变成电荷量信号 又经过电荷放大器变成 电压量信号 然后通过采样板在计算机控制下进行采 样 采样的频率和时间可以通过软件设定 为了精确 测量车削力的动态变化 采用较高的采样频率即 2 0 k H z 采样时 间为 2 S 测 量 系统具有 量程 大 刚 性好 灵敏度高 动态响应特性好 频率响应范 围 宽 线性度好 漂移量小 低通滤波性能好等优点 能够较好地满足切削力测量 的基本要求 当机床 刀具 工件材料确定后 影响切削力的 主要 因素是切削用量 下面通 过切 削试验研究切削深 度 进给量和切削速度对主切削力的影响规律 2 切削深度对主切削力的影响 切削深度对 主切削力 的影 响规律如 图2所示 口p m m a 硬 质合 金 刀具 YT7 2 6 切削 用量 v 4 0 m m in f o 1 1 mm r a p lm m b 陶瓷刀具CC 6 5 0 切 削用量 v 6 0m min f o 1 1 mm r 图 2 切削深度 a 对 主切削力 F 的影响 图2中 a b 均为一条斜率很大的上升曲 线 说明主切削力 F 随切 削深度 a 的增大 而增 大 且增大 的幅度较大 随着切削深度 的增加 切削力是 单调增大的 这是 由于切削深度 a 增大 切削面积 就会增大 从而使工件 表层金属 的弹性 塑性变形增 加 由此所 产生 的变 形力 相应 加 大 并且 刀具 与 切 屑 工件表面的接触面积增加 使得刀具和工件之间 摩擦阻力增大 这两方面的原因都引起主切削力 F 的增大 对试 验结 果进 行一 元 线性 回归 分 析 建立 F 一 a 的经验公式 YT 7 2 6 Fz 5 0 9 6 4 0 C C 6 5 0 F 4 9 1 4 3 咖 在式 1 中 a 的指数分别 为 0 7 9 3和 0 8 6 9 说 明刀具 C C 6 5 0的主 切削力 受切 削深 度影 响 的程度 较大一些 表 明 Y T 7 2 6比 C C 6 5 0更适 合 于采用 大 的 切削深度 另外 由于两种刀具车削力经验公式中 o 的指数均小于 1 0 切削力不和切削深度成正比例 地增加 因此从 切削力 的角度考虑 可适当增加切 削 深度 3进给量对主切削力的影响 进给量对主车削力 的影 响规律如 图 3 所 示 f mm r 1 a 硬质 合 金刀 具 Y T 7 2 6 切 削用 量 v 4 0 m min O 2 mm fl mm r b 陶瓷 刀具 CC6 5 0 切 削用 量 v 6 0 m min 4 0 2 mm 图 3 进给量 对主切削力的影 响 主切削力 F 随进给量 的增大而增大 这是因 为随着进 给量 的增加 切 削 面积 A 相应 增加 从 而使变形力增大所致 对比图2和图3 可以发现 增 大切削深度 a 或进给量 均使切削力增大 但两者 对 切削力 的影响程度不 同 切削深 度比进 给量对切削 力 的影响大 这是 因为 a 加大时 材料的变形 系数 不变 切削力近似于成正比例的关系增大 而 加大 时 有所下降 故切削力不成正 比例增大 因 此从切削力 的角度考虑 加大进给量 比加 大切削深度 更有利 对试验结果进行一元线性回归分析 建立 F 一 厂 的经验公式 YT 7 2 6 F 1 7 8 8 9 f 抖 c c 6 5 0 F 3 3 8 0 2 l 5 2 在式 2 中 的指数 分 别为 0 2 0 4和 0 5 1 5 固采用 C C 6 5 0刀具 主切 削力受 进 给量影 响 的程 度要 大一些 因此从切削力 的角度 考虑 Y T 7 2 6比 C C 6 5 0 更适合于采用大 的进给量 4 切削速度对主车削力的影响 切削速度对 主车削力 的影响规律如图 4所示 v l m min 1 a 硬质 合金 刀具 YT 7 2 6 C 切削用量 产 0 1 1 mm r t ip 0 2 mm v l m rain b 陶 瓷刀 具 C C6 5 0 切 削用量 产 0 1 1 mm r a p O 2mil 1 图4 切削速度 对主切削力的影响 从 图 4中可 以看 出 主切 削力 F 随着 切削 速度 的增大而减小 这主要是因为随着速度的增大 切削 温度提高 摩擦因数 下降 从而使变形系数 减 小 此外切削力的变化也受积屑瘤的影响 随着 V的 增 大 积屑瘤逐渐增大 刀具的实际前角增大 故切 下转第 1 1 5页 第 7期 王海涛 等 一种节能型低温气动增压泵的结构设计 1 1 5 表 1 单行 程供 气节能补气试验 结果对 比 从 图 1 1可见 两 阀芯补 气试验 的进 排气 曲线 近 乎重合 从表 1可很明显看 出 使用改进 阀芯 省 气 率在 3 0 以上 5结 论 作者提出了一种节能低温气动增压泵的设计方 案 并对增压泵主要部件的设计方法做了较为详细的 描述 针对节能要求 设计了新的气控换向阀 此阀 具有单行程供气的特点 可以省气 3 0 针对低温 密封 选择了特殊材料的密封件 并设计 了合理的密 封结构 使增压泵在 一 4 0 的低温环境下仍有 良好 的 密封性能 参考文献 1 王旭 新型节能气体增压器的研究 D 大连 大连海事 大学 2 0 0 9 2 熊伟 王海涛 王旭 气驱气体增压器静态特性研究 J 液压与气动 2 0 0 8 1 0 4 8 3 黄迷梅 液压气动密封与泄漏防治 M 北京 机械工业 出版社 2 0 0 3 4 车恒德 浅谈车 氏密封 J 液压气 动与密封 1 9 9 9 1 2 3 6 4 1 5 陈社会 C形滑环式组合密封及其应用 J 液压与气 动 2 0 0 1 6 2 4 2 6 6 陈社会 直 角滑环式组合密封的密封机理及其应用 J 液压气动与密封 2 0 0 0 1 2 3 8 4 0 上接第 9 0页 削力逐渐减小 对试 验结果 进行 一元 线性 回归 分析 建立 F 一 的经验公式 Y I 72 6 F 3 4 7 1 6 一 c c 6 5 0 Fz 1 4 7 2 6 X 3 0 08 3 在式 3 中 的指数分别为 一 0 3 4和 一 0 0 8 两个指数均为负值 说明主切削力随切削速度的上升 而下 降 相 比较而言 Y T 7 2 6主切削力随切 削速度变 化的趋势更明显一些 由于两指数的绝对值均不大 仅从 切削力 的角 度考 虑 用 刀具 Y T 7 2 6和 C C 6 5 0干 式车削渗碳淬硬钢 2 0 C r Mn T i时 可以进一步提高切 削速度 陶瓷刀具 C C 6 5 0提高的空间更大 5结束语 从 图 2 4和公式 1 一 3 可知 在用硬 质 合金刀 具 Y I 7 2 6和 陶瓷 刀具 C C 6 5 0加工 渗碳 淬硬 钢 2 0 C r M n T时 切削深度对切削力 的影响最大 进 给量 次之 切削速度对切削力的影响最小 且随切削深度 和进 给量 的增 大 切 削力 也 随之 增 大 切 削 速 度提 高 切削力有微弱的下降趋势 因而为了减小加工过 程中的切削力 可以在保证刀具耐用度的前提下 适 当提高切 削速度 和进给量 以上试验证 明 对于 加工渗碳淬硬钢和通用钢 切削用量对切削力的影响 规律是基本相 同的 参考文献 1 杨广勇 王育民 金属切削原理与刀具 M 北京 北京 理工大学出版社 1 9 9 4 2 王西彬 赵伯彦 陶瓷刀具干切削淬硬钢的研究 J 工 具技术 1 9 9 8 3 2 2 1 1 1 4