難切削加工材料螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)及其試驗(yàn)研究

譚勇 胡小兵

摘 要：眾所周知，切削加工技藝是我國(guó)制造業(yè)中的重要技術(shù)，是加工中的難點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和制造業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，高速切削技藝時(shí)代已經(jīng)到來，新的切削工藝和加工方法取得了大踏步進(jìn)展，成套技術(shù)的新技藝也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)技藝是加工切割的新工藝，也是孔加工技術(shù)改進(jìn)和不斷嘗試后的新方法。它是一種新型的加工技術(shù)，有助于切削高硬度和特殊材質(zhì)的材料，它在高硬度模具鋼、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和鈦合金中的應(yīng)用更是一種創(chuàng)新的突破。然而由于該技術(shù)的新特點(diǎn)，其運(yùn)用還存在較大的缺陷，我們一定要結(jié)合制造業(yè)發(fā)展的新態(tài)勢(shì)，結(jié)合切削加工材料的新特點(diǎn)，發(fā)揮動(dòng)力學(xué)原理，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，從而找到有效的對(duì)策完善相關(guān)工藝，促進(jìn)切削水平的提升。

關(guān)鍵詞：難切削加工材料；螺旋銑孔；切削動(dòng)力學(xué)；實(shí)驗(yàn)研究

現(xiàn)如今，社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)全面運(yùn)行，我國(guó)的制造業(yè)和加工業(yè)都得到了大踏步前進(jìn)，加工材料愈加多樣，種類繁多，難切削素材不斷增多。螺旋銑孔切削工藝是一種新型的切割技藝，它主要是通過孔加工的方式實(shí)現(xiàn)制孔的切割方法，在具體應(yīng)用過程中刀具中心與孔中心線存在一定距離的偏差，刀具在保證高速度運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，還會(huì)圍繞中心軸線運(yùn)轉(zhuǎn)，并不斷進(jìn)給向下運(yùn)動(dòng)。與以往的切割技術(shù)相比，螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)更具實(shí)用性，一次加工精度高，切割過程平穩(wěn)，能夠?qū)﹄y切割、高硬度的加工材料進(jìn)行加工，尤其是在對(duì)航空鋁合金、鈦合金和特殊材料制成的碳纖維制品進(jìn)行作用的時(shí)候，更具科學(xué)性，其應(yīng)用前景更加寬泛。當(dāng)然，由于該工藝的使用時(shí)間尚短，對(duì)技術(shù)要求較高，也導(dǎo)致它勢(shì)必要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過程才能準(zhǔn)確應(yīng)用于切削加工之中。本文就結(jié)合我國(guó)難切削加工材料切割應(yīng)用的現(xiàn)狀，利用螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)原理，對(duì)其進(jìn)行探究，并根據(jù)有效的實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行研究，為我國(guó)的制造業(yè)發(fā)展提供依據(jù)。

1 螺旋銑孔切削工藝技術(shù)的概述

螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)技術(shù)也被稱為軌道鉆技術(shù)，屬于銑削工藝中的重要內(nèi)容，與一般的切削工藝一樣，都屬于一個(gè)斷續(xù)切削加工的一環(huán)。但是它與過去的切削技藝相比，最重要的特征在于刀具中心軌跡不是一般的直線樣式，而是呈現(xiàn)一種螺旋線狀的模樣，在實(shí)際加工過程中除了呈現(xiàn)出徑向進(jìn)給外，還能夠軸向進(jìn)給，利用這種創(chuàng)新型工藝，可以實(shí)現(xiàn)斜面、孔加工以及型槽加工。該技術(shù)在利用螺旋銑孔進(jìn)行切削的過程中是一種“以銑代鉆”的過程，螺旋進(jìn)給是它最具特征的表現(xiàn)。

螺旋銑孔切削并非是直線，而是一種螺旋線，也就是說刀具中心與加工孔的中心不相重合，屬于偏心加工，刀具直徑與孔的直徑也不完全一致，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一系列直徑孔的加工，并減少換刀次數(shù)，降低加工資金。另外，螺旋銑孔切削屬于斷續(xù)切割，對(duì)刀具散熱有利，能夠降低刀具破損帶來的損失，在排屑的過程中還不會(huì)增加加工孔表面的粗糙度，屬于綠色加工原理。

2 難切割加工材料螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究

在上述內(nèi)容中，我們已經(jīng)清晰直觀地看到了螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)的運(yùn)行原理，了解了它在具體切割過程中具有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。為了更好的發(fā)揮創(chuàng)新技術(shù)的先進(jìn)性，我們一定要利用實(shí)驗(yàn)研究方法，對(duì)難切割加工材料進(jìn)行螺旋銑孔切削，從而快速找到有效對(duì)策發(fā)揮其功效。

2.1 高硬度模具鋼螺旋銑孔切削實(shí)驗(yàn)研究

該實(shí)驗(yàn)在選用材料的時(shí)候運(yùn)用的是冷作模具鋼Cr12，材料的硬度高，具有較好的淬透性和耐磨性，在制造耐磨冷沖模和沖頭的時(shí)候使用較為廣泛。試驗(yàn)中使用的螺旋銑孔切削刀具含少量的粘結(jié)物，硬度好。在具體實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)不同條件下的軸向切削力值，繪制出了具體的數(shù)值變化圖，觀察它的變化不難發(fā)現(xiàn)切割參數(shù)的微小變化就會(huì)帶來銷力和銷速的更改，引起螺旋銑孔切削力度的差異。對(duì)此，在試驗(yàn)中我們可以采用軸向力回歸模型建立數(shù)據(jù)，并檢驗(yàn)它的偏回歸系數(shù)，以此說明螺旋銑孔切削的水平。對(duì)螺旋銑孔切削軸向力模型的分析，還能夠得出切削速度V與相關(guān)指數(shù)b之間的關(guān)系。一般而言，軌道轉(zhuǎn)速增大，軸向切削力也會(huì)隨之正相關(guān)的發(fā)生變化。

2.2 鈦合金螺旋銑孔切削實(shí)驗(yàn)研究

鈦合金是一種具有較高“比強(qiáng)度”和“比剛度”的材料，該材料一直以來都是難切削的材料道具之一，在低于550度的時(shí)候具有很高的耐腐蝕性，利用該種材料進(jìn)行螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，具有較高的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行的過程中鉆頭的受力相對(duì)復(fù)雜，既要承受材料的變形抗力，還要承擔(dān)鉆頭與孔壁和切削間的摩擦力，因此它所產(chǎn)生的軸向抗力較大。另外，在實(shí)驗(yàn)過程中還會(huì)產(chǎn)生毛刺，影響被加工工件的尺寸精度和表面的粗糙度。實(shí)驗(yàn)多利用單因素實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)安排鈦合金螺旋銑孔切削實(shí)驗(yàn)，獲取切削力數(shù)值。經(jīng)研究得出，螺旋銑孔切削在對(duì)鈦合金進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，產(chǎn)生的軸向力和徑向力都不大，在給定參數(shù)的狀態(tài)下，軸向切割力大致為90N到120N之間，且切削力會(huì)隨著切削速度的增大而減小。

3 結(jié)束語

總而言之，在我國(guó)制造業(yè)迅猛發(fā)展的大背景下，螺旋銑孔切削動(dòng)力學(xué)技術(shù)的廣泛使用是創(chuàng)新孔加工技術(shù)的重要對(duì)策。與過去的傳統(tǒng)加工技藝相比，螺旋銑孔切削技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，能夠作用于難切削的加工材料，在對(duì)高硬度模具鋼和鈦合金進(jìn)行切割的時(shí)候更具先進(jìn)性。通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究，我們不難發(fā)現(xiàn)螺旋銑孔切削過程中軸向進(jìn)給、轉(zhuǎn)速以及切割力之間的關(guān)系，利用這些數(shù)據(jù)有助于我國(guó)螺旋銑孔切削技術(shù)的再次發(fā)展，并提高難度加工材料的切割質(zhì)量，做好工藝加工。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：譚勇（1984—），男，江西吉安人，本科，助理講師，主要研究方向：數(shù)控加工教學(xué)。