现代切削加工要求效率高、表面质量良好,能用粗加工的参数实现精加工的质量,甚至实现以车代磨,即使用多晶立方氮化硼(PCBN)或立方氮化硼(CBN)刀具、陶瓷刀具等在车床或车削中心对淬硬钢(55~66HRC)进行切削加工,可以代替磨削的硬态切削加工方式.与磨削相比,硬车削具有良好的加工效率和环保性.BT刀柄是应用非常广泛的刀柄之一,半个多世纪以来,加工中心上一直采用7:24锥度的BT刀柄实现刀具与机床主轴的联结.标准的7:24锥面联结有许多优点,如:成本较低而且可靠,可实现快速装卸刀具,刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下,紧紧地与主轴的内锥面接触,实心的锥体直接在主轴的锥孔内支撑刀具,可以减小刀具的悬伸量.BT刀柄的硬度达到58~62HRC,具有实现以车代磨工艺的可能性,通过查询近些年的相关文献,发现国内外学者对以车代磨工艺做了大量试验和研究.刘亮等从表面完整性入手,对轴承套圈以车代磨加工后的表面粗糙度、残余应力进行了分析,发现硬车加工后的表面完整性优于磨削加工;屈双军等通过切削速度、进给量和切削试验对烟气轮机主轴实现以车代磨加工,主轴表面粗糙度、圆度和同轴度等几何公差达到要求;潘孝平采用CBN刀片对双联齿轮的内孔进行了以车代磨加工试验,通过采用专用夹具和合理的加工参数,孔椭圆度≤0.005mm,小端径向跳动≤0.05mm,大端径向跳动≤0.08mm,完全达到磨削要求的几何公差;韩英树对使用PCBN车刀以车代磨工艺和磨削工艺加工淬硬钢锥套的经济性进行了对比分析,发现一台车床可代替四台磨床,且加工费用为磨削的1/3.
以上研究主要是对较简单的轴类零件或盘类零件以车代磨工艺做了分析,涉及到复杂形状和几何公差要求较高的产品并未进行深入研究.本文以BT50刀柄为例,对其以车代磨加工工艺和刀片切削参数进行试验分析,并对以车代磨后的刀柄表面进行了表面粗糙度和残余应力分析,解决BT50现实生产中的工艺问题,提高生产效率.
12月4日，第11届主题为“车联世界 数字运营 出行智能”TC汽车互联网大会在上海隆重拉开帷幕。在本次大会上，华为重磅宣布，车联网平台云服务将在今年12月底上线公测，这是华为在车联网发展中的又一里程碑。
1.BT50刀柄工艺分析
图1为BT50刀柄结构简图,材料为20CrNiMoA,经过渗氮淬火处理后,表面硬度达到58~62HRC,属于硬车削加工.由图可知,需要车削加工的是所有的端面、外圆、锥面、内孔和V形槽,端面相对锥面径向跳动0.01mm,内孔相对锥面径向跳动0.02mm,表面粗糙度值Ra=0.4μm,各主要尺寸公差要求如表1所示.
目前常见工艺流程如图2所示,因磨削机床功能限制,需要三台磨床分别对端面及外圆、锥面和V形槽进行磨削加工,一个工件需要来回上下机床,加工成本较高且效率低下.因此,通过选用合理的PCBN刀片和切削参数,利用车床车削除锥面以外的其他位置(锥面余量也只留0.2mm),达到以车代磨的工艺方案.
近年来对于诸多村落的近距离观察，使我更加确信：在当下新型城镇化建设的浪潮中，民俗传统并未灰飞烟灭，而是变得更富弹性与多元。在有些地方，或有村落因人去村空而突然终结，或因外来人口不断涌入而攒聚成“村”，颇显诡异。民众基于当下社会剧变态势，在“因缘成事”“见景生情”中引发的人口聚散，当是理解这一现象的重要维度，其中可以观察到民俗传统在当代社会中的延续与活用。
图1 BT50刀柄结构
表1 BT50刀柄主要尺寸公差值 (单位:mm)
尺寸 L1 L2 D1 D2 D3公差 104.8±0.03 35±0.03 84.7±0.1 100±0.03 25+0.02 +0
图2 BT50刀柄工艺流程
2.BT50刀柄试验方案
采用CK7530数控车床,测量采用ACCRETECH探针式粗糙度测量仪和X射线残余应力测试仪.刀柄尺寸如图1所示,硬度58~62HRC.BT50刀柄几何公差和表面质量主要由切槽刀和外圆端面精车刀控制,首先选取切槽刀杆QEFD0404L10、切槽刀片QEGD0404-PCBN进行正交试验,以切削速度vc、切削深度ap和进给量f为正交表的三个因素,每个因素取三个水平,选用 L9(33)正交表,进行九组正交试验,确定刀柄V形槽加工的切削参数,参数选择如表2所示.
表2 因素水平表
水平 切削速度vc / (m/min) 切削深度ap / mm 进给量f / (mm/r)1 80 0.05 0.05 2 100 0.10 0.10 3 120 0.12 0.12
其次,选取超硬刀片YCB012/VBGW16040X-PCBN(X代表刀尖圆弧半径r)作为试验刀具,采用正交试验方案,以刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度作为正交表的四个因素,每个因素取三个水平,选用 L9(34)正交表,进行九组正交试验,确定端面、外圆和锥面的切削参数,参数选择如表3所示.
为了衡量刀柄加工后的质量,需要选取相应指标.结合现有条件,选取几何公差、表面粗糙度和表面参与应力作为BT50刀柄以车代磨质量的指标.
表3 因素水平表
水平 刀尖圆弧半径r/mm进给量f/ (mm/r)1 0.4 150 0.05 0.05 2 0.8 200 0.08 0.1 3 1.2 250 0.1 0.15切削速度vc/ (m/min)切削深度ap/mm
3.试验结果及分析
(1)表面粗糙度及几何公差正交试验结果.为全面衡量切削参数,选取BT50刀柄的表面粗糙度和几何公差进行测量分析,最终测量数据如表4和表5所示,找出达到要求的表面粗糙度值和几何公差所对应的切削参数.其中,几何公差结果对照表1,符合几何公差要求的则记录"是",反则记录"否".
因几何公差,均符合图样要求,所选刀片和参数主要影响BT50刀柄的表面粗糙度,故对表面粗糙度测量数据进行极差分析,结果如表6和表7所示.
从表6和表7可以看出,切削深度ap对V形槽表面粗糙度的影响最大,其次为切削速度vc, 进给量f对表面粗糙度影响较小;刀尖圆弧半径r对外圆表面粗糙度影响最大,其次为切削速度vc,进给量f和切削深度ap.综合来看,为了保证V形槽表面粗糙度,优选切削深度ap=0.05mm,切削速度vc=100m/min,进给量f=0.05mm/r;为了保证外圆表面粗糙度, 优选刀尖圆弧半径r=0.8mm,切削速度vc =200m/min,进给量f=0.1m m/r,切削深度ap=0.05mm.
青樱回到殿中，满殿缟素之下的哭泣声已经微弱了许多，大约跪哭了一日，凭谁也都累了。青樱吩咐殿外的宫女：“几位年长的宗亲福晋怕挨不得熬夜之苦，你们去御膳房将炖好的参汤拿来请福晋们饮些，若还有支持不住的，就请到偏殿歇息，等子时大哭时再请过来。”
(2)表面残余应力检测结果.残余应力不仅影响零件的加工精度,而且影响其疲劳性能.因此,良好的表面完整性能改善刀柄的抗疲劳寿命和使用寿命.对以车代磨车和磨削的外圆表面选取四个点进行残余应力检测,结果如图3所示.
表4 V形槽表面粗糙度值及几何公差正交试验结果
试验序号 切削速度vc/ (m/min) 切削深度ap / mm 进给量f/ (mm/r) 表面粗糙度值Ra/μm 几何公差1 80 0.05 0.05 0.63 是2 80 0.10 0.10 1.21 是3 80 0.12 0.15 1.62 是4 100 0.05 0.05 0.49 是5 100 0.10 0.10 0.67 是6 100 0.12 0.15 0.99 是7 120 0.05 0.05 0.43 是8 120 0.1 0.10 0.76 是9 120 0.12 0.15 0.84 是
表5 外圆表面粗糙度及几何公差正交试验结果
试验序号 刀尖圆弧半径r/mm 切削速度vc / (m/min) 切削深度ap / mm 进给量f/(mm/r) 表面粗糙度值Ra/μm 几何公差1 0.40 150 0.05 0.05 0.54 是2 0.40 200 0.08 0.10 0.46 是3 0.40 250 0.10 0.15 0.71 是4 0.80 150 0.05 0.05 0.53 是5 0.80 200 0.08 0.10 0.36 是6 0.80 250 0.10 0.15 0.42 是7 1.20 150 0.05 0.05 0.62 是8 1.20 200 0.08 0.10 0.87 是9 1.20 250 0.10 0.15 1.24 是
表6 V形槽表面粗糙度值极差分析
因素 切削速度vc / (m/min) 切削深度ap / mm 进给量f/ (mm/r)K1 1.153 0.517 0.713 K2 0.717 0.880 0.877 K3 0.677 1.150 0.957极差值 0.476 0.633 0.244
表7 外圆表面粗糙度极差分析
因素 刀尖圆弧半径r/mm 切削速度vc / (m/min) 切削深度ap / mm 进给量f/ (mm/r)K1 0.570 0.563 0.610 0.713 K2 0.437 0.563 0.743 0.500 K3 0.910 0.790 0.563 0.703极差值 0.473 0.227 0.180 0.213
图3 以车代磨和磨削后外圆残余应力对比
提高工件表面残余压应力有利于提高工件的耐疲劳性能和使用寿命,从检测结果来看,车削和磨削后的外圆表面残余应力均表现为压应力,磨削后外圆表面残余应力均值在-200MPa,而车削后的外圆表面残余应力值在-275MPa.与磨削相比,车削后的外圆表面残余应力值表现较好.
(3)批量稳定性测试.为保证优化参数能顺利应用于实际生产,需对优选参数进行质量稳定性测试.连续以车代磨20件产品后,每五件测量外圆表面粗糙度值结果如图4所示,表面残余应力值如图5所示.
从检测结果来看,采用以车代磨工艺后的BT50刀柄外圆表面粗糙度值均达到要求,且波动幅度不大;表面残余应力值均为压应力,范围较为稳定.
(3)产学合作教育师资力量的不足。随着计算机网络技术的革新，涌现了大量新的网络技术和应用，促进社会了新产业的发展。但是，对于这些新的网络技术，高校师资因培养或者引进不足，只能停留在传统计算机网络技术的教育和教学上，对新的网络技术和应用的推动不足。
图4 外圆表面粗糙度值
图5 表面残余应力值
4. 结语
本文通过对BT50刀柄以车代磨参数试验和刀柄表面粗糙度值、残余应力的分析,可得出如下结论:
(1)在保证B T 5 0刀柄性能稳定的前提下,通过选择Y C B012/V B G W160408和YCB012/ZTGD0404-PCBN两款刀片,分别在vc=200m/min、f=0.1m m/r、ap=0.05m m;vc=100m/min、f=0.05mm/r、ap=0.05mm参数下,能保证良好的尺寸和位置度精度,实现以车代磨工艺,提高生产效率.
《人身损害赔偿司法解释》虽然规定雇员受害，雇主责任为无过错责任，但是《人身损害赔偿司法解释》赋予了雇员选择权，也同时保留了雇主的追偿权。
(2)采用以车代磨工艺后的B T50刀柄表面粗糙度值Ra=0.36μm,达到或优于现有磨削机床磨削后的表面粗糙度,符合工艺要求.
(3)车削后的BT50刀柄外圆表面残余应力为-275MPa,表现为压应力,磨削后表面残余应力为-200Mpa,表现为压应力,车削后的表面性能优于磨削后的表面性能.
参考文献:
[1] 刘亮,陈有光,丁红汉,等.精密硬车削代替磨削加工的试验研究[J].机械制造,,53(8):54-56.
[2] 屈双军,周维辉,马英.YL25000A烟气轮机主轴的"以车代磨"加工[J].工具技术,(7):82-84.
[3] 潘孝平.以车代磨工艺浅析[J].机械工人(冷加工),(9):30-46.
[4] 韩英树.PCBN车刀以车代磨淬硬钢锥套分析[J].机械工程师,(1):39-40.
