鉬合金螺紋零件難車削?看完老師傅的加工編程實例,就懂了

鉬合金的強度、硬度均較高,韌性差,性脆易折斷,可加工性差,但因其具有熔點高、密度低和熱脹係數小的特性,常用於製造航空和航天的各種高溫部件。

兩種鉬合金零件分別為鉬螺釘和鉬螺栓,如附圖所示。毛坯來料為熱軋Ф16mm鉬合金鋼棒,加工中發現該材料密度低,表皮硬度非常高,應為退火殘餘硬度。

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表層以內硬度仍然很高,韌性差,導熱慢。使用普通高速鋼或硬質合金刀具加工非常困難。首先,刀具前、後刀面及刀尖磨損很快,加註切削液,使用常態下不同切削用量多次試驗,均無法獲得滿意效果,一般外圓刀片加工不過4件就需更換;

其次,零件在刀具稍有磨損時即出現掉渣缺陷,平端面、切斷及車螺紋時均出現掉渣現象。外圓加工及端面加工在精車刀保持鋒利情況下可基本滿足圖樣要求,但螺紋加工掉渣始終無法避免。

在實際加工中M6螺紋車制效果較差,加工中常發生螺紋段從收尾處折斷現象,無法避免。只有採用板牙加工。M12則採用數控車高速雙刀車螺紋,效果非常理想。

由於兩種零件均較長,因此實際加工中,一般把車螺紋工步放在車外圓→切斷→平總長加工完最後進行。由於工藝文件中M6螺釘、M12螺栓均不允許留有中心孔,因此臥式車床加工中最後還需把中心孔平掉。

數車加工中採用分段加工的辦法,不鑽一中心孔。分段加工Ф12mm外圓(M12大端直徑)→切斷;分段加工Ф6mm外圓(M6大端直徑)→車錐而→切斷。程序較為簡單,在此略去。需注意的是Ф6mm外圓尺寸加工至Ф5.85~Ф5.93mm時,明顯有利於套制螺紋。

外圓大於Ф5.93mm則套制餘量大,易發生螺紋掉渣、缺螺紋等牙型不完整現象。外圓小於Ф5.85mm則套絲時擠壓變形量有限,如機床尺寸發生波動,易使M6螺紋大端尺寸接近極限或超差。

另外切斷時,總長留量需大於1.5mm以上。以防切斷刀變鈍或排屑不暢擠壓,使零件根部錐面(螺釘)掉渣,在平完端面後也無法修復。亦即平完端面後零件仍有掉渣缺陷。

加工這兩種零件外圓及總長時,普通硬質合金刀具的材料牌號選用YG6或YG8,磨製角度可參照不鏽鋼半精加工刀具角度磨製,如有條件採用機夾刀加工、使用塗層刀具效果較好。塗層刀具一般分為物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)。

與傳統硬質合金刀具相比,塗層刀具強度、硬度、耐磨性有很大提高。對硬度55HRC以下材料可實行高速切削,在對該兩種零件外圓加工時(PVD)或(CVD)均可,使用(CVD)刀片略好。

切削用量:轉速600~900r/min。背吃刀量0.3~0.6mm。進給量0.2~0.3mm/r。由於產生的切削熱很大,加工時使用以冷卻為主的水溶性切削液。

加工完外形及總長尺寸後,即要開始加工螺紋,在加工M6-6h螺紋時,卡盤定心須準確。儘量不要使用板牙架,用套絲器加工較好,因材料硬、脆。

板牙架夾持板牙的中心線與工件中心線稍有偏移,零件就極易折斷或掉渣。套絲器則可適當補償二者中心線的偏差,套絲時採用以潤滑為主的切削油工業用豆油。

在加工M12-6h螺紋時,由於套絲加工時扭矩大,不易夾緊,導致工件打轉。更嚴重的是,由於材料的特殊性,螺紋會產生嚴重掉渣缺陷,牙型不完整。使用板牙無法加工出合格的產品。在臥式車床上使用螺紋刀車螺紋,採用高速鋼(W18Cr4V)刀具切削,使用低速(50r/min)加工,很快達到刀具磨損極限,切削效果也非常不理想。而在數車上採用硬質合金YG8,YG6,YW1等焊接刀具及塗層刀具PVD,CVD使用1200r/min以下各轉速試驗,效果也均不理想。

針對實驗結果及材料特性,決定使用國際上新的加工理論——高速、快走、小吃刀切削法試驗。針對材料特性及刀具磨損情況,車螺紋採用難度較大的高速(2100r/min),雙刀分粗、精車法加工。經過對螺紋加工指令格式的比較,首先淘汰了G34(變螺距螺紋指令)和G32(單一螺紋切削指令,進退刀須另外指定,太繁瑣),決定使用G92和G76編程分別試驗。加工程序如下:

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加工中,粗加工1號螺紋刀使用以冷卻為目的的水溶性切削液;精加工2號螺紋刀工作時使用以潤滑為目的的工業用豆油,用毛刷蘸抹。

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編程說明:

(1)以上兩個程序O0001和O0002是基於發那科0—T系統編制,O0001程序中間即使省略了很長一段,仍可看出用G92編程遠遠繁瑣於用G76編程。

(2)兩種螺紋切削循環指令格式特點:G92螺紋切削循環採用直進式進刀方式,由於刀具兩側刃同時切削工件,切削力較大,而且排屑困難,因此在切削時,兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時,由於切削深度較大,刀刃磨損較快,從而造成螺紋中徑產生誤差。但由於其加工的牙型精度較高,因此一般多用於小螺距、高精度螺紋的加工。由於其刀具移動切削均靠編程來完成,所以加工程序較長。由於刀刃在加工中易磨損,因此在加工中要經常測量。

G76螺紋切削循環採用斜進式進刀方式,由於單側刀刃切削工件,刀刃容易損傷和磨損,使加工的螺紋面不直,刀尖角發生變化,而造成牙型精度較差。但由於其為單側刃工作,刀具負載較小,排屑容易,並且切削深度為遞減式,因此,此加工方法一般適用於大螺距、低精度螺紋的加工。此加工方法排屑容易,刀刃加工工況較好,在螺紋精度要求不高的情況下,此加工方法更為簡捷方便。如果需加工高精度、大螺距的螺紋,則可採用G92、G76混用的辦法,即先用G76進行螺紋粗加工,再用G92進行精加工。需要注意的是粗精加工時的起刀點要相同,以防止螺紋亂扣的產生。

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(3)O0001程序編制繁複,容易出錯。但在配合試驗件試切加工的基礎上,認真編制、調試、定型程序後是完全可以加工出合格零件的。針對刀具易磨損和零件易掉渣的缺點,粗加工程序中通過改變螺紋刀起刀點位置的措施來改變刀具和零件受力狀況,以改善二者的工作環境,從而達到延長刀具壽命和減少掉渣的效果。另外使用第二把螺紋刀加工可以獲得穩定的螺紋中徑尺寸,保證螺紋精度,有效地補償了G92指令格式的缺憾。精加工中,改變螺紋刀起刀點位置,則是為修光螺紋兩側面所進行的“趕刀”,螺紋實際效果非常理想。

(4)O0002程序簡潔易編,在實踐中也可以加工出合格零件。但在大批量生產中,成品合格率較使用O0001程序加工低,主要表現在時有輕微掉渣現象及螺紋兩側面表面粗糙度稍差。分析原因是由於G76指令格式特點決定的,儘管同樣使用兩把刀分粗、精車來避免刀具磨損對螺紋尺寸精度的影響,G76格式卻不能進行重複上一刀尺寸的加工,也就是我們車削加工中常說的“圓整”加工簡稱“圓刀”,而在該零件的加工中,卻必須進行“圓刀”,否則掉渣現象比較嚴重。

儘管G76指令格式的“斜進法”進刀方式能改善工件和刀具的受力狀況,減輕工件掉渣現象,但不能根本杜絕掉渣,而在精加工中進行的為提高螺紋表面質量所必須的“

趕刀”G76格式也很難進行。因此O0002程序被放棄。

而用G76編制粗加工程序,用G92編制精加工程序的方法效果也不佳。因粗加工中時有發生的掉渣現象,到精加工時無法修復。會產生牙型不完整缺陷,將導致零件報廢。故在實際加工中使用O0001程序。

程序簡介:

(1)零件X向尺寸銜接。在粗加工中刀具已加工到X11.1,而精加工卻從X11.3開始進刀,是考慮到對刀誤差、粗車刀磨損等情況而預留的餘量,因此在粗、精車刀未磨損、對刀準確的情況下,精車刀開始幾刀是不切削的,可用來為工件毛刷蘸抹豆油做好準備。

(2)起刀點定在Z15開始,是因機床轉速及刀架快移速度很高,必須給編碼器足夠的反應時間,使機床在轉速及螺旋線軌跡在達到沒定值時才開始進行螺紋插補。開始試製時螺紋刀起刀點為Z5。

但在自檢時發現在螺紋中徑尺寸已達到公差下限,且在螺紋全長上螺紋大徑和中徑無錐度情況下,環規旋人至第三、四個螺紋時,明顯有突然‘發澀’現象,

而通過該點後,則旋入非常鬆快。經分析原因後,將起刀點值改為Z15後,現象消失。即使在刀具磨損,螺紋中徑值在剛進公差0.05mm時環規旋人還很輕鬆。

(3)提高效率,減少單件工作時間。在退刀U20後即提前指令停止主軸運轉,設定M5。在刀架退到遠離工件時,主軸已基本停止,即可開始檢測,裝卸工件了。檢測時以環規為主,每件檢測螺紋綜合尺寸,用環規通、止端保證。

每5件以螺紋中徑千分尺測量中徑前後差值,掌握刀具磨損情況。加工20mm螺紋一頭時,裝夾時工件伸出卡盤長度為26mm,以工件端面為程序原點塒刀確定Z0,加工另一頭14mm,螺紋時,只需把工件仲出長度改為20mm即可開始加工,不需重新對刀,從而避免了改編程序和對刀發生錯誤的可能性。如有條件選用同廠、同批生產的兩個刀體和刀片,在初次對刀後,在每次更換磨損刀片時可迅速恢復牛產,而不需重新對刀。

對刀及刀具製作:

以標準刀片左側小平而為基準對刀,以工件端面確定Z0。由於同廠同批的刀片左側小平面與刀尖距離一致,因此兩把刀刀尖加工出的螺旋線是重合的,滿足了雙刀車制螺紋的要求。

如有條件粗車刀刀片選用14牙/in,即刀尖角角度55°、螺距1.815mm刀片,精車刀刀片選用刀尖角60°、螺距1.75mm刀片,則螺紋表面粗糙度效果更好。

使用塗層刀片PVD或CVD均可,CVD效果略好。若沒有標準刀具和刀片,可用YG8、YG6、YW1等焊接刀具由線切割機床切制,在刀尖左側約1.5mm處加工出一小平面,用於對刀。粗、精車刀刀尖與小平面距離公差控制在±0.01mm,螺紋刀刀尖角和后角同時切出。手工刃磨出螺紋刀前角(大圓弧前角,切屑成球狀,壽命稍好),用油石研磨前、后角後再使用,也可滿足加工要求,但刀具壽命較差。

雙刀車制螺紋的對刀方法,有興趣者可與筆者聯繫、交流、探討。由於材料確實難以加工,儘管採用了各種措施,刀具耗損依然較高,不過產品合格率卻可以基本得到保證,可以達到95%以上。

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