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《塑性工程學(xué)報(bào)》2016年第二期

摘要：

采用UG軟件對成形塑料尼龍的高速鋼車刀進(jìn)行建模，并設(shè)計(jì)出特定形狀的高速鋼車刀。利用FANUC系統(tǒng)CK6140S數(shù)控車床對塑料尼龍材料進(jìn)行塑性成形試驗(yàn)，觀察塑料尼龍?jiān)谔囟ǔ尚螀?shù)條件下成形的運(yùn)動(dòng)效果及形態(tài)。利用CV3200輪廓度測量儀對成形的塑料尼龍表面進(jìn)行輪廓度測量。分析通用型高速鋼（W18Cr4V）車刀在不同的切削進(jìn)給速度與切削深度下塑料尼龍工件的成形質(zhì)量，得出最佳的切削進(jìn)給速度為0．2mm•r－1、切削深度為5mm。結(jié)果表明，合理選擇塑料成形刀具的材料、進(jìn)給速度與切削深度，可使塑料尼龍成形呈規(guī)則完美的卷屑狀，表面輪廓度與理論輪廓貼近吻合，實(shí)現(xiàn)塑料尼龍的高效率成形。

關(guān)鍵詞：

高速鋼車刀；塑料尼龍；切削厚度；進(jìn)給速度；輪廓度

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展對工程材料的應(yīng)用提出了越來越高的要求，采用塑料類零件代替鋼、銅和鑄鐵等零件的優(yōu)勢日益明顯。塑料尼龍以其在機(jī)械性能、耐腐蝕性、耐熱性方面的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用日益增多［1］，如軸承、機(jī)床、軸承保持器、傳動(dòng)蝸輪、齒輪、螺母等。盡管這些零件大多數(shù)是用注塑方法制成的，但是在一般情況下必須經(jīng)過機(jī)械加工的方法獲得精確而又經(jīng)濟(jì)的零件，如切除塑料零件的澆口、冒口、飛邊等［1］。高速鋼刀具耐沖擊性好，具有良好的綜合性能。本基于自行設(shè)計(jì)的特殊形狀高速鋼車刀，研究塑料尼龍材料在高速切削過程中的切屑形態(tài)、工件輪廓度的變化情況，探討高速加工的切削參數(shù)對塑料尼龍工件質(zhì)量的影響。

1特型高速鋼刀具的設(shè)計(jì)

機(jī)械加工過程中刀具、切削用量、切削三要素的選擇會(huì)直接影響塑料尼龍的加工質(zhì)量，所以在加工之前要選擇合理的方式對刀具進(jìn)行設(shè)置，如圖1所示。結(jié)合刀具設(shè)計(jì)的流程設(shè)計(jì)出既能合理切削塑料又能保證加工高效率的特殊形狀高速鋼車刀［2］如圖2所示，該車刀能很好的進(jìn)行塑料尼龍的加工。

2切削試驗(yàn)與分析

安裝設(shè)計(jì)的特型刀具，設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速，調(diào)整工藝參數(shù)，切削工藝參數(shù)設(shè)置如表1所示。利用FANUC系統(tǒng)CK6140S數(shù)控車床對塑料尼龍材料進(jìn)行切削試驗(yàn)［3］，如圖3所示。

2．1刀具進(jìn)給速度的影響

2．1．1刀具進(jìn)給速度對工件塑性切屑形態(tài)的影響刀具的移動(dòng)速度V和工件主軸轉(zhuǎn)速S存在著一定的關(guān)系V（mm•min－1）＝S×Vf。選擇主軸轉(zhuǎn)速S＝1600r•min－1、切削深度Δd＝5mm，在CK6140S數(shù)控機(jī)床上采用高速鋼刀對塑料尼龍進(jìn)行車削試驗(yàn)。圖4所示為不同進(jìn)給速度下的切屑狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)給速度由Vf＝0．1mm•r－1增加到0．3mm•r－1時(shí)，變形情況由原來的卷狀逐漸發(fā)展為擠壓螺紋狀，即變成崩碎狀切屑。崩碎狀切屑的塑性狀態(tài)切削應(yīng)力大，工件與刀具的擠壓力也加大，刀具磨損瞬間加劇，從而影響刀具的使用壽命［4］。實(shí)際加工過程中，為延長刀具的使用壽命，完成高速切削，盡可能的選擇主軸轉(zhuǎn)速S＝1600r•min－1，進(jìn)給速度Vf＝0．2mm•r－1，使得變形形態(tài)為卷狀。

2．1．2刀具進(jìn)給速度對工件表面輪廓的影響為了研究塑料加工表面輪廓曲線隨著刀具進(jìn)給速度Vf的變化趨勢，利用CV3200輪廓度儀對加工成型的塑料尼龍進(jìn)行輪廓度測量。在相同的測量范圍及測量參數(shù)下進(jìn)行測量，得到不同刀具進(jìn)給速度情況下，工件實(shí)際表面的輪廓變化曲線，并將曲線導(dǎo)入CAD軟件中，對工件的實(shí)際輪廓和理論設(shè)計(jì)的輪廓進(jìn)行比對，結(jié)果如圖5所示［5］。從圖5中不難看出，隨著進(jìn)給速度Vf的增大，工件表面輪廓曲線逐漸脫離理論輪廓，曲線的變化比較明顯，這是因?yàn)椋谥鬏S轉(zhuǎn)速S一定的情況下，隨高速鋼車刀切削速度Vf的變化進(jìn)給速度F也會(huì)變化，根據(jù)輪廓曲線綜合分析，切削速度Vf較大，塑料尼龍加工表面輪廓與理論輪廓吻合，當(dāng)0．2mm•r－1＜切削速度Vf＜0．3mm•r－1，隨切削速度Vf增加，塑料尼龍的輪廓越來越脫離理論輪廓。

2．2刀具切削深度的影響

2．2．1刀具切削深度對切削形態(tài)的影響圖6所示為主軸轉(zhuǎn)速S＝1600r•min－1，切削深度ap＝3mm和ap＝7mm時(shí)的切屑形態(tài)。從圖中可以看出，當(dāng)切削深度ap＝3mm時(shí)工件的切屑形態(tài)比較薄且細(xì)小，并且向刀具后方均勻分布并排出。當(dāng)切削深度ap＝7mm時(shí)工件的切屑形態(tài)較厚重，而且工件表面有擠壓變形的趨勢，切屑的排布方向是纏繞在工件表面和刀具表面，容易繞刀和轉(zhuǎn)入主軸，摩擦已加工成型的工件表面，影響刀具的正常加工。大切削深度也容易形成大量的切削熱，將塑料尼龍底部硬化而導(dǎo)致粘刀和積削瘤的發(fā)生，影響刀具使用壽命。從切削效果綜合考慮，適中的切削深度有利于塑料尼龍切屑脫落及及時(shí)排出，減少切削對高速加工的影響和干擾［6］。

2．2．2刀具切削深度對工件表面輪廓的影響如圖7所示，隨著切削深度ap的增大，工件表面輪廓曲線逐漸脫離理論輪廓，曲線的變化比較明顯，根據(jù)輪廓曲線綜合分析，切削深度ap增大，切削力F也隨之增大，塑料尼龍加工表面塑性變形增大，塑料尼龍出現(xiàn)彎曲變形現(xiàn)象，輪廓與理論輪廓不吻合，所以應(yīng)選擇適中的切削深度來保證工件輪廓度。

3結(jié)論

1）通用型高速鋼（W18Cr4V）車刀在切削塑料尼龍的時(shí)候，在主軸轉(zhuǎn)速S＝1600r•min－1的情況下，采用0．2mm•r－1＜刀具進(jìn)給速度Vf＜0．3mm•r－1、5mm＜切削深度ap＜7mm時(shí)切屑形態(tài)好，有利于切屑向工件及刀具后方排出脫落，促進(jìn)塑料尼龍切削過程順利進(jìn)行。2）在主軸轉(zhuǎn)速S＝1600r／min的情況下，采用刀具進(jìn)給速度Vf＝0．2mm•r－1、切削深度ap＝5mm，工件切削加工完成后的輪廓最貼近理論輪廓，保證了工件加工的輪廓度精度要求。3）在實(shí)現(xiàn)塑料尼龍的高速切削時(shí)，切削深度、刀具進(jìn)給速度的選擇在保證工件輪廓度精度要求、工件切屑脫落的前提下，選擇較大的切削深度和進(jìn)給速度，保證了高速切削的同時(shí)也滿足高速切削質(zhì)量的要求。

參考文獻(xiàn)

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作者：王勝 單位：衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院