车床镗孔加工知识

发表时间:2019-01-27 15:20



车床镗孔是一种用刀具将内孔或者内部轮廓尺寸扩大的工序。镗孔加工一般都是半精加工或者精加工,一般使用单刃的切削镗刀。

一把镗刀有三个基本要素:刀片、柄部、夹持部。夹持部是用来固定刀杆的。典型的夹持长度是柄径的4倍。从夹持部到刀尖部分的长度,称为悬伸长。

悬伸长是镗杆的最重要的参数,它决定了刀杆的加工深度。太长的悬伸长会导致刀杆的挠曲过大,从而引起震动,严重破坏工件的表面质量并提前终结刀片的使用寿命。这些都影响加工效率。

多数情况下,使用者应该选择兼备静态刚性和动态刚性的镗刀杆。静态刚性是刀具承受切削力的指标,而动态刚性则决定了刀具的吸收震动的能力。

切削力及其决定因素

切削力可以用车削用的测力计来测量。切削力由三部分组成:切向力、进给力和径向力。其中切向力在数值上最大。

切向力垂直作用的刀片的前刀面上,将刀杆推离中心位置。需要注意的是切向力是施加在刀尖位置的,而不是施加在刀杆的中心线上,在偏移长度的方向产生了一个力矩,对刀杆产生一个扭曲的效果。

进给力在数值上是第二大的力,方向与刀杆中心线平行,并不对刀杆产生扭曲作用。径向力的作用方向同时与刀杆中心线和加工表面垂直,将刀杆推离加工表面的方向。

因此,切向力和径向力才使刀杆产生挠曲。几十年来,人们一直认为进给和径向力分别相当于切向力的50%25%左右。在今天看来,这个比例并不准确,因为切削力受到诸如工件材质、硬度、切削条件和刀具尖角半径等很多因素的综合影响。下面的公式是计算切向力Ft的推荐公式:

Ft=396000*ap*f*P

式中的ap为切削深度,f为进给速度,P为消耗的机床功率。

刀杆挠曲的合力计算公式为:

式中Fr为径向力。

而关于径向力的相对大小,我们也有如下表中的经验数值:


工件材质 布氏硬度 径向力大小
碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢 80~250 Fr=0.308Ft
碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢 250~400 Fr=0.672Ft
可锻铸铁、灰铸铁 150~300 Fr=0.331Ft

镗刀杆的挠曲及其影响因素

镗刀杆其实就象一个一端固定而另一端没有固定的梁。这样的梁叫悬臂梁。因为结构类似,我们引用悬臂梁的变形公式来计算镗刀杆的挠曲y

式中的I可以用以下公式计算得到:

以上两式中的D是刀杆直径,F是切向力与径向力的合力,E是刀杆的弹性模量。。

由以上公式可以得出如下结论:

1、 镗刀杆的悬伸长越短越好。因为镗刀杆的挠曲大小与长度的立方成正比;

2、 镗刀杆的直径越大越好,因为镗刀杆的挠曲大小与直径的4次方成反比。

3、 材料的弹性模量越大,刀杆的挠曲越小。

镗刀杆材质及其与刀杆挠曲大小的关系

镗刀杆一般由钢、W基重金属或整体硬质合金制成。合金钢是最受欢迎的材料。无论材质如何,碳钢和合金钢都具有相同的弹性模量:E=30,000.000psi。人们常有这样一个误解:如果用高等级钢或者高硬度钢来制作刀杆,刀杆的挠曲会变小。从计算公式看出,刀杆的挠曲,只受弹性模量的影响,而不是受硬度的影响。

W基重金属是由WNiFeCu等元素经过粉末冶金技术来生产的。它们中的某些品种就用来制造刀杆。典型的W基重金属的弹性模量为: E=45,000,000~48,000,000psi。在采用同样参数切削时,这些合金制造成的刀杆产生的挠曲只相当于钢制刀杆的50%60%

整体硬质合金制造的镗刀杆的挠曲量是这三者中最小的,因为它的弹性模量比钢和W基重金属要高很多。典型的整体硬质合金材质含90%94%WC10%6%的粘结剂Co。典型的整体硬质合金的弹性模量为: 82,000,000~89,000,000psi


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