金属零件切削加工缺陷与失效之——提高零件加工表面质量的措施
发布:hj9411 | 发布时间: 2008年5月3日提高表面质量是一个涉及范围非常广泛的问题,因为凡是参与切削加工的因素,都不同程度上对表面质量产生影响:这些影响通常是通过切削过程的塑性变形、切削力、切削温度、切削运动以及刀具几何形状的变化表现出来的,可以从以下几个方面采取措施提高表面质量。
1、刀具方面
(1)加强切割作用,减小推挤作用 加强切割作用,减小推挤作用不仅可以降低切削力与切削温度,而且也是提高表面质量的有效措施。对切割与推挤作用影响较大的是刀具的前角与刃口圆弧的大小。
1)加大前角。加大前角可以减小推挤作用,使刀刃的切割作用更加突出,并使被切金属的塑性变形减小;同时,加大前角可以使基本变形区主要分布在切割层内,对已加工表面以下的金属影响较小。但应注意前角过大会使刀尖的强度降低,影响刀具的寿命。
2)减小刃口圆弧半径。刀具刃口圆弧半径减小,可以缩小刀前变形量,加强刀刃的切割作用;同时,可以使直接受刃口圆弧挤压的金属层厚度减小。因此,减小刃口圆弧半径能使表面残余应力、冷硬层深度及冷硬程度降低,从而提高表面质量。
3)采用斜刃切削。由于斜刃切削时,使切屑流向改变,刀具的实际前角加大,实际刃口圆弧半径减小,从而加强了刀刃的切割作用,并使推挤作用减小,有利于提高已加工表面的质量。
(2)提高刃磨质量控制磨损量 降低前、后刀面的粗糙度可以减小刀一屑之间的摩擦,可以降低切削变形和切削力,并能抑制积屑瘤和鳞刺。因此,合理规定磨损限度,是保证表面质量的重要环节。
(3)合理选择刀具材料 应根据工件的材料和具体加工条件合理选择刀具材料,提高加工表面质量。如用金刚石车刀车削超硬铝及无氧铜时,可获得很小的粗糙度;而采用硬质合金刀具,要获得小的粗糙度就比较困难。
2、零件方面
零件材料的力学、物理性能及热处理状态对加工后的表面粗糙度、残余应力和冷硬现象都有影响。在工艺条件允许的范围内,可通过以下途径改善其加工性。
(1)提高毛坯质量 提高毛坯外形的几何精度,保证其硬度及组织的均匀性,可以减小切削力的波动,使振动及刀具磨损减小,有利于提高表面质量。
(2)通过热处理改善切削加工性 通过热处理提高塑性较大材料的硬度,可改善表面质量。如对20钢在切削前进行正火处理,可改善它的切削加工性。
3、切削用量方面
(1)切削速度 一般情况下,提高切削速度可以减小切削变形,降低切削力,使表面质量提高。同时在高速下,积屑瘤和鳞刺高度会降低或消失。当切削速度受到限制时,应针对影响表面质量的主要因素确定合理的切削速度。如拉削加工中,要考虑到抑制鳞刺和积屑瘤缺陷,选择适当的切削速度范围。
(2)切削深度与走刀量 加大切削深度与走刀量,使切削层截面积增大,切削变形量及切削力也随之增加,并引起基本变形区的扩大,造成表面质量的降低。因此,在精加工中,常采用较小的切削深度和走刀量。
4、冷却润滑方面
根据具体情况选用冷却润滑液,并与适当的冷却润滑方法相配合,能够有效地降低塑性变形、摩擦、切削力、切削温度和刀具磨损,显著提高表面质量。
5、其他方面
(1)提高机床刚性及运动精度 机床刚性好、运动精度高,对减小切削力的波动和抑制振动有明显效果;同时,可保证切削加工的平稳性,提高表面质量。
(2)合理选择切削方法 由于选择切削方法不同,所获得表面粗糙度不同;表面残余应力的性质与大小也将不同。因此,应根据表面质量的不同要求恰当地确定切削方法。
(3)控制残余应力的平衡 在切削加工中能够控制残余应力的分布,使其平衡,就能够避免或减小零件的变形,如采用对称切削法等。
(4)采用滚压加工 滚压加工是依靠零件表层金属的塑性变形来提高尺寸精度和降低表面粗糙度的,并在一定程度上提高零件的耐磨性和疲劳强度。但强化过于严重,可能造成表面裂纹,甚至出现剥离现象。所以,在滚压加工时,要严格控制滚压留量和滚压次数。
以上分析了提高表面质量的几个主要方面。在采取每种措施时,应注意正反两个方面的
影响。几种加工方法对表面质量的影响及采取措施见表1、表2、表3。
表1 车削外圆的失效原因和防止措施
| 缺陷类型 | 产 生 原 因 | 预 防 措 施 |
| 表 面 粗 糙 度 不 符 合 要 求 | 刀具刃磨不好或早期磨损 | 适当增大前角(脆性材料除外)合理选取主后角 适当增大刀尖圆弧半径及修光刃宽度,减小副偏角 用油石磨各切削刃减小表面粗糙度 合理使用切削液 |
| 刀尖位置安装不在主轴中心 | 刀尖应装在工件中心处略低于工件中心(若刀尖安装过高,将使后角减小,后刀面与已加工表面摩擦增加;若刀尖安装过低,则减少了前角,将使切削变形增大) | |
| 切削用量选取不当 | 进给量太大;用硬质合金车刀精车时,应提高切削速度v;用高速钢车刀精车,v最好<10m/min;精车余量一般应在0.2~0.5mm之间 | |
| 由于振动形成波纹、斑纹和条痕 | 增加工件装卡刚性 调整车床各部分的间隙 采取适当的减振措施(如车刀上磨出消振棱、使用弹簧刀杆) | |
| 产 生 椭 圆 | 主轴轴颈有椭圆度;工件安装定位不正确或卡盘在法兰盘上定位不紧;毛坯外形不均匀 | 检修机床;重新安装工件 紧固卡盘固定螺丝钉 经粗车、半精车后再进行精车,在半精车加工前应进行正火或退火处理 |
| 产 生 锥 度 | 刀具在一次行程中磨损过快;由于工件伸出太长,用卡盘装卡时,悬伸刚度不够;车床调整不好(如车头偏位、尾座偏位等);机床导轨在水平方向与主轴中心不平行 | 选取较耐磨的刀具材料或降低切削速度 加用尾座顶尖支顶,采用卡盘顶针复合装卡法 校正车头主轴中心,并进行试切或棒检验 调整尾座偏位,使之对准主轴中心 维修调整机床精度 |
| 产 生 鼓 形 或 弯 曲 | 后顶尖支顶不当,工件装卡刚度不够 | 在加工长轴时应尽量减少热变形,并在加工过程中适当地放松后顶尖的支顶或用弹性后顶尖 增加工件装卡刚度,由前、后顶尖支顶改为卡盘顶尖装卡或加用跟刀架等 尽可能减少工件的内应力,可对工件进行时效处理或在车削中增加工件调头次数 |
表2 切断的常见缺陷产生原因和防止措施
| 失效形式 | 产 生 原 因 | 预 防 措 施 |
| 工 件 两 侧 凹 凸 | 车床中拖板移动方向与床身回转中心不垂直 刀具两副偏角大小不等 刀具两副后角大小不等 主切削刃两刀尖磨损情况差异太大 | 调整机床精度使其符合标准精度 刃磨刀具两侧,使副偏角基本相等(注意不能太小,杜绝成为零度或负值) 刀尖磨损到一定程度时,要及时重磨,修磨时要使两边的切削刃相等 |
| 切 断 时 产 生 振 动 | 车床主轴承松动或轴承孔不圆等 刀具主后角太大或刀尖安装过分低于工件中心 由于排屑不畅而产生振动 刀具伸出过长或刀杆刚性太弱 刀具几何参数不合理 工件刚性太差 | 调整或修复机床的轴承 选用合理的主后角,调整刀尖安装高度 大直径的切断排屑槽要磨有5°~8°排屑倾斜角,以使排屑顺利 选用较好刀杆材料,在满足切断的前提下,尽量缩短刀具的伸出量 根据工件材料刃磨合理的几何数 刚性差的工件要尽量减少切断宽度 |
| 主 切 削 刃 崩 刃 | 振动造成崩刃 实心工件将要切断时产生崩刃 排屑不畅,卡屑而造成崩刃 | 改善切削条件,消除振动 切断实心工件时,刀尖安装一般应低于工件中心0.2mm左右 根据工件材料刃磨合理的刃形和适当的卷屑槽,配合相应进给量,使切屑卷成弹簧状连续排出,避免卡屑 |
| 刀具重磨次数少 | 由于切料刀片尺寸小而窄,加上刃磨卷屑槽后,一般有一次较严重的崩刃就会使刀片报废 | 在工件材料、切削用量决定以后,尽可能选用定前角结构,以减少刀片重磨次数,增加刀片使用寿命 |
表3 刨削加工的表面质量缺陷产生原因和预防措施
| 失效形式 | 产 生 原 因 | 预 防 措 施 |
| 有规律 的直纹 | 由于机床振动或切削速度过大 刨刀前角太小或后角过大,刃口不锋利 | 调整机床采取减振措施。调整刨削速度及吃刀深度 认真刃磨刀具,调整刨刀的前后角,并仔细研磨 |
| 鱼鳞纹 | 刀杆与刀托、刀托与刀架体等安装不牢固,接触不良,机床传动精度低,刀具后角过小,工件定位和安装不好 | 重新安装刀具,调整机床,消除传动间隙,提高机床精度 重新安装工件,选择合理的定位方式和基准 工件固定要牢靠 认真刃磨刀具 |
| 交叉纹 | 机床导轨由于磨损或磕碰失去精度 刨刀崩刃或不锋利 工件材料硬度高 | 维修机床,使导轨恢复精度 重新刃磨刀具 对工件进行热处理 |
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