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無氧銅深孔鉆削試驗(yàn)研究分析,涉及斷屑槽R、主軸轉(zhuǎn)速、冷卻液流量的影響

發(fā)布時間:2020-11-13點(diǎn)擊:2540

摘要:在無氧銅 (TU1)深孔鉆削中,斷屑、排屑一直是加工中的難點(diǎn)。為解決這一問題,采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行無氧銅?18 mm 深孔鉆削試驗(yàn),研究斷屑槽、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量對切屑形態(tài)的影響規(guī)律。通過分析發(fā)現(xiàn),斷屑槽的大小是影響斷屑的主要因素,主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量影響相對較?。粺o氧銅深孔鉆削的***佳工藝參數(shù)為鉆頭斷屑槽R=0.9 mm,主軸轉(zhuǎn)速n=255 r/min,冷卻液流量Q=90 L/min。

關(guān)鍵詞:無氧銅;深孔;鉆削;斷屑槽

一、引言

隨著科技水平和工業(yè)技術(shù)的不斷提高,無氧銅材料以其純度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好等優(yōu)越的電學(xué)性能,在航空、航天、兵器以及原子能等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。同時,無氧銅具有硬度低、塑性變形大、彈性模量小、熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)[2],導(dǎo)致無氧銅在加工過程中一直存在難以有效斷屑等難題,如何解決無氧銅機(jī)械加工過程中斷屑困難的問題是首要任務(wù)。無氧銅的深孔加工相對于其他加工方法更加困難,主要由于加工過程中產(chǎn)生的切削熱不易散去,易造成刀具發(fā)生粘接磨損。其***大的加工難點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)有效地斷屑,造成堵屑,導(dǎo)致深孔鉆崩壞扭斷,嚴(yán)重影響內(nèi)孔加工質(zhì)量。常用的深孔加工方法中,槍鉆鉆桿截面呈 V型,排屑通道狹窄,且加工過程中鉆桿高速旋轉(zhuǎn),雖然內(nèi)孔表面質(zhì)量較高,但對于長徑比較大的孔很難保證直線度[3]。相比之下,BTA 內(nèi)排屑深孔鉆排屑空間更大且孔的長度對加工影響較小,故本次試驗(yàn)選用BTA系統(tǒng)。

目前,國內(nèi)外對無氧銅的機(jī)械加工做了很多研究。X.Ding 等[4]對無氧銅進(jìn)行微刀具切削試驗(yàn),研究發(fā)現(xiàn),在較高的切削深度下,前刀面的局部應(yīng)力在坡口邊緣發(fā)生材料變形和堆積,采用減少交叉進(jìn)給的切削策略,可以提高微工具的切削性能,獲得恒定的切削力,減小毛刺尺寸,提高被加工表面的粗糙度。劉闖[5]通過進(jìn)行無氧銅微細(xì)切削加工仿真和試6]通過進(jìn)行無氧銅微細(xì)銑削銑槽試驗(yàn),研究不同切削參數(shù)對表面粗糙度的影響。以上對無氧銅的研究主要是針對車、銑加工,而對無氧銅的深孔鉆削加工研究較少。

因此,本文通過對無氧銅進(jìn)行BTA深孔鉆削試驗(yàn),研究和分析加工過程中斷屑槽、主軸轉(zhuǎn)速、冷卻液流量對切屑形態(tài)變化的影響[7],分析得出無氧銅內(nèi)排屑深孔鉆加工***佳工藝參數(shù)。

1 深孔鉆削試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)條件工件采用銅鈮復(fù)合棒,中間材質(zhì)為無氧銅(TU1),工件外形尺寸直徑為 ?52 mm,長度為 1 500 mm。材料具體特性如表1所示[8-9]。

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設(shè)備使用CW6163改造深孔鉆鏜床,鉆桿長度為2 000 mm,***大鉆削深度為 1 500 mm,使用四爪卡盤裝夾,切削液選用乳化液,試驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。在加工過程中采用工件旋轉(zhuǎn),刀具進(jìn)給的鉆削方式。試驗(yàn)鉆頭選用 ?18 mm 單刃內(nèi)排屑鉆表1 無氧銅材料屬性圖1 CW6163試驗(yàn)設(shè)備 圖2?18 mm 單刃內(nèi)排屑鉆

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頭實(shí)物圖項(xiàng)目導(dǎo)熱系數(shù) /(W·(m·K)-1)密度 /(g·cm-3)彈性模量 /GPa數(shù)值4018.9110項(xiàng)目泊松比軟態(tài)硬度硬態(tài)硬度數(shù)值0.34HBS40HBS121··191頭,刀齒材料選用YG8[9],刀齒與刀體采用焊接式連接。試驗(yàn)鉆頭實(shí)物如圖2所示,鉆頭幾何參數(shù)如表2所示[10-11]。

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1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,研究無氧銅加工過程中斷屑槽 R、主軸轉(zhuǎn)速 n、冷卻液流速Q(mào)3個參數(shù)對切屑形態(tài)的影響規(guī)律。如表3所示,根據(jù)無氧銅材料的性能以及相關(guān)研究將因素設(shè)置成不同的3個水平,已加工工件內(nèi)孔如圖3所示。

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二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

4 為無氧銅深孔鉆削試驗(yàn)及切屑測量情況表,按照L9(33) 正交實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行9組深孔鉆削試驗(yàn),觀察每次試驗(yàn)的切屑形態(tài),對加工過程中切屑形態(tài)的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較。深孔加工中切屑卷曲的形狀、切屑的長短寬度都直接影響排屑情況,當(dāng)切削容積系數(shù) R<50 時可以順利排屑。試驗(yàn)采用單刃內(nèi)排屑深孔鉆頭,切屑的寬度通過分屑槽的寬度來確定。為了更好的排屑效果,根據(jù)鉆頭直徑的大小,一般磨1~3 個分屑槽。切屑的長度通常根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速和斷屑槽 R 的大小而變化。通過試驗(yàn)得出斷屑槽、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量對無氧銅鉆削試驗(yàn)中排屑的影響。

(1)斷屑槽R。斷屑槽尺寸對鉆削過程中斷屑的影響***為明顯。當(dāng)斷屑槽R=0.6 mm時,材料塑性較大,無法斷屑,造成鉆桿堵屑,試驗(yàn)無法加工;當(dāng)斷屑槽R=1.2 mm時,切屑較長且不規(guī)律,無法進(jìn)行有效地斷屑,且加工過程中鉆桿振動,經(jīng)常造成堵屑,堵屑后造成刀具承受較大應(yīng)力,導(dǎo)致刀具損壞,如圖 4 (a)、4 (b) 所示。斷屑槽 R=0.9 mm 時,

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得到的切屑為 1~2 mm,可以順利從鉆桿中排出,符合試驗(yàn)要求,如圖4 (c) 所示。

2)主軸轉(zhuǎn)速。深孔加工鉆削過程中,隨著轉(zhuǎn)速的增加,切削溫度升高,材料塑性進(jìn)一步增大,材料斷裂應(yīng)變增大,切屑更難實(shí)現(xiàn)折斷;且鉆桿內(nèi)部排屑空間小,切屑較多,轉(zhuǎn)速過快時會造成切屑在排屑空間中擠壓、堆積,造成堵屑。在斷屑槽 R=0.9 mm 可以順利斷屑的情況下,轉(zhuǎn)速達(dá)到n=335 r/min 時,就會出現(xiàn)擠壓塊狀切屑,這種切屑的出現(xiàn)極有可能導(dǎo)致加工中出現(xiàn)堵屑,如圖4 (d) 所示。

3)冷卻液流量。冷卻液的作用主要是吸收所產(chǎn)生的切削熱與為切屑的排出提供動力。冷卻液流量對斷屑的作用很小,較大的流量可以對未斷的切屑產(chǎn)生沖擊,為排屑提供較大的動力,降低切屑在排出過程中堆積的可能性。但是由于鉆桿空間有限,流量過大勢必會對加工系統(tǒng)的密封性提出更高的要求。

三、結(jié)束語

本文通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對無氧銅 TU1) 進(jìn)行深孔鉆削試驗(yàn)研究,分析斷屑槽R、主軸轉(zhuǎn)速n和冷卻液流量Q對切屑形態(tài)的影響。得出以下結(jié)論:

1)在無氧銅深孔鉆削加工過程中,斷屑槽 R 的大小對斷屑起到了重要作用,主軸轉(zhuǎn)速n影響次之,冷卻液流量Q影響***小。

2)***佳無氧銅深孔鉆削加工參數(shù):斷屑槽 R=0.9 mm,主軸轉(zhuǎn)速n=255 r/min,冷卻液流量Q=90 L/min。

附:1)通過多體動力學(xué)分析和有限元靜力學(xué)分析,找到曲軸旋轉(zhuǎn)一圈出現(xiàn)的5個危險工位,得到曲軸應(yīng)力分析值,滿足曲軸的強(qiáng)度校核。

2) 通過疲勞分析軟件對曲軸進(jìn)行疲勞分析,得到曲軸疲勞壽命與疲勞損傷分布云圖,找到疲勞***小循環(huán)次數(shù)1.23×107,疲勞位置發(fā)生在第2曲柄銷根部圓角處。

3)采用動力學(xué)仿真分析,有限元法數(shù)值計(jì)算及疲勞軟件仿真相結(jié)合的方式研究曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及疲勞特性,該方法具有通用性強(qiáng)、效率高、計(jì)算準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

來源:中國知網(wǎng)  作者:宋子洋,李眾,李文杰  編輯:王智圣

 





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