本文關(guān)鍵詞：鏜削加工，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

 鏜削加工已有許多技術(shù)文章，其一些文章寫得很不錯，但也有一些文章存明顯謬誤。為了有效完成這種重要內(nèi)孔精加工，必須消除有關(guān)鏜削一些錯誤觀念。

　　鏜削一種用刀具擴大孔或其它圓形輪廓內(nèi)徑車削工藝，其應(yīng)用范圍一般從半粗加工到精加工，所用刀具通常為單刃鏜刀（稱為鏜桿）。

　　鏜刀有三個基本元件：可轉(zhuǎn)位刀片、刀桿鏜座。鏜座用于夾持刀桿，夾持長度通常約為刀桿直徑4倍。裝有刀片刀桿從鏜座伸出長度稱為懸伸量（鏜刀無支承部分）。懸伸量決定了鏜孔最大深度，鏜刀最重要尺寸。懸伸量過大會造成刀桿嚴重撓曲，引起振顫，從而破壞工件表面質(zhì)量，還可能使刀片過早失效。這些都會降低加工效率。

　　對于大多數(shù)加工應(yīng)用，用戶都應(yīng)該選用靜剛度動剛度盡可能高鏜刀。靜剛度反映鏜刀承受因切削力而產(chǎn)生撓曲能力，動剛度則反映鏜刀抑制振動能力。

　　本文第一部分主要分析鏜刀靜剛度。文資料來源于作者對鏜刀撓曲研究。鏜刀撓曲取決于刀桿材料機械性能、刀桿直徑切削條件。

　　切削力

　　作用于鏜刀上切削力可用一個旋轉(zhuǎn)測力計進行測量。被測力包括切向力、進給力徑向力。與其它兩個力相比，切向力量值最大。

　　切向力垂直作用于刀片前刀面，并將鏜刀向下推。需要注意，切向力作用于刀片刀尖附近，而并非作用于刀桿心軸線，這一點至關(guān)重要。切向力偏離心線產(chǎn)生了一個力臂（從刀桿心線到受力點距離），從而形成一個力矩，它會引起鏜刀相對其心線發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。

　　進給力量值第二大力，其作用方向平行于刀桿心線，因此不會引起鏜刀撓曲。徑向力作用方向垂直于刀桿心線，它將鏜刀推離被加工表面。

　　因此，只有切向力徑向力會使鏜刀產(chǎn)生撓曲。已沿用了幾十年一種經(jīng)驗算法為：進給力徑向力大小分別約為切向力25％50％。但如今，人們認為這種比例關(guān)系并非“最優(yōu)算法”，因為各切削力之間關(guān)系取決于特定工件材料及其硬度、切削條件刀尖圓弧半徑。推薦采用以下公式來計算切向力Ft：

　　Ft＝396000×切削深度×進給率×功率常數(shù)

　　加工不同工件材料時鏜刀所受徑向力計算公式見表1。

　　表1 鏜刀徑向力計算

　　工件材料－布氏硬度－徑向力計算公式

　　碳鋼，合金鋼，不銹鋼，工具鋼－80～250－Fr＝0.308×Ft

　　碳鋼，合金鋼，不銹鋼，工具鋼－250～400－Fr＝0.672×Ft

　　球墨鑄鐵，灰鑄鐵－150～300－Fr＝0.331×Ft

　　鏜刀撓曲

　　鏜刀類似于一端固定（鏜座夾持部分）、另一端無支承（刀桿懸伸）懸臂梁，因此可用懸臂梁撓曲計算公式來計算鏜刀撓曲量：

　　y=（F×L3）/（3E×I）

　　式：F為合力，L為懸伸量（單位：英寸），E為彈性模量（即刀桿材料楊氏模量）（單位：psi，磅/平方英寸），I為刀桿截面慣性矩（單位：英寸4）。

　　鏜刀桿截面慣性矩計算公式為：

　　I=（π×D4）/64

　　式：D為鏜刀桿外徑（單位：英寸）。

　　鏜刀撓曲計算實例：

　　加工條件：工件材料：AISI 1045碳鋼，，硬度HB250；切削深度：0.1″，進給量：0.008英寸/轉(zhuǎn)；刀桿直徑：1″，刀桿彈性模量：E＝30×106psi，刀桿懸伸量：4″。

　�。�1）切向力計算

　　Ft＝396000×切削深度×進給量×功率常數(shù)＝396000×0.1×0.008×0.99＝313.6 lbs

　　（2）徑向力計算

　　Fr＝0.308×Ft＝0.308×313.6＝96.6 lbs

　�。�3）合力計算

　　F＝328.1 lbs

　�。�4）截面慣性矩計算：

　　I＝（π×D4）/64＝0.0491 in.4

　�。�5）鏜刀撓曲計算

　　y=（F×L3）/（3E×I）=0.0048″

　　分析鏜刀撓曲截面慣性矩計算公式可知，鏜削加工時應(yīng)遵循以下原則：

　�。�1）鏜刀懸伸量應(yīng)盡可能小。因為隨著懸伸量增大，撓曲量也會隨之增大。例如，當懸伸量增大1.25倍時，刀桿外徑切削參數(shù)保持不變情況下，撓曲量將增大近2倍。

　�。�2）鏜刀桿直徑應(yīng)盡可能大。因為當?shù)稐U直徑增大時，其截面慣性矩也會增大，撓曲量將會減小。例如，當?shù)稐U直徑增大1.25倍時，懸伸量切削參數(shù)保持不變情況下，撓曲量將減小近2.5倍。

　�。�3）懸伸量、刀桿外徑切削參數(shù)保持不變時，采用高彈性模量材料鏜刀桿可以減小撓曲量。

鏜刀桿材料

　　鏜刀桿由鋼、鎢基高密度合金或硬質(zhì)合金制成。合金鋼最常用刀桿材料，也有一些鏜刀桿制造商采用AISI 1144碳高速鋼。無論何種牌號碳鋼合金鋼，都有相同彈性模量：E＝30×106psi。一種常見誤解認為采用高硬度或高品質(zhì)鋼制造鏜刀桿可以減小撓曲量。而從撓曲計算公式可以看出，決定撓曲變量之一彈性模量而非硬度。

　　鎢基合金采用粉末冶金技術(shù)加工制成。鎢、鎳、鐵、銅等高純度金屬粉末燒結(jié)各種合金典型元素，其有些合金可用于制作鏜刀桿其它刀柄。用于制作鏜刀桿典型鎢基高密度合金牌號K1700（E=45×106psi）K1800（E=48×106psi），用它們制成鏜刀桿以相同切削參數(shù)進行鏜削加工時，其撓曲量可比相同直徑懸伸量鋼制刀桿減小50％～60％。

　　用硬質(zhì)合金制成鏜刀桿撓曲量非常小，因為其彈性模量比鋼高密度鎢基合金高得多。制作鏜刀桿典型硬質(zhì)合金牌號碳化鎢含量為90％～94％，鈷含量為10％～6％，根據(jù)行業(yè)編碼規(guī)定，此類牌號屬于C-1（E=82×106～84×106psi）、C-2（E=85×106～87×106psi）或C-3（E=89×106psi）系列。

　　鏜刀片材料及幾何參數(shù)

　　鏜刀片可采用硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷、PCD、PCBN等不同刀具材料制成。硬質(zhì)合金鏜刀片大多采用PVD或CVD涂層。例如，PVD TiN涂層適于加工高溫合金奧氏體不銹鋼；PVD TiAlN涂層用途廣泛，適于加工大部分鋼、鈦合金、鑄鐵及有色金屬合金。這兩種涂層都涂覆于具有良好抗熱變形抗斷續(xù)切削能力硬質(zhì)合金基體上。此類硬質(zhì)合金基體含有約94％碳化鎢約6％鈷，屬于行業(yè)編碼規(guī)定C-3C-4系列，相當于ISO標準K-10～K-20、M-10～M-25及P-10～P-20系列。

　　CVD涂層硬質(zhì)合金牌號適用于大部分鋼鑄鐵材料鏜削加工。CVD涂層由TiN、Al2O3、TiCN及TiC等多層成分組成復(fù)合涂層，其每一層涂層都具有特定功能，不同涂層組合能抵抗不同磨損機制。典型硬質(zhì)合金牌號由碳化鎢、碳化鉭及含鈷TiC等多元碳化物組成，屬于行業(yè)編碼規(guī)定C-1～C-4、C-5～C-7系列，相當于ISO標準K-10～K-30、M-10～M-45P-05～P-45系列。

　　陶瓷刀片牌號包括氧化鋁（Al2O3）基氮化硅（Si3N4）基兩大類。氧化鋁基陶瓷刀片又分為未涂層PVD TiN涂層兩類牌號。未涂層牌號具有較好韌性耐磨性，推薦用于合金鋼、工具鋼硬度大于HRC60馬氏體不銹鋼鏜削加工。涂層牌號則用于淬硬鋼、鑄鐵（硬度HRC45或更高）、鎳基及鈷基合金精鏜加工。

　　氮化硅基陶瓷刀片包括雙層CVD涂層（一層TiN，另一層Al2O3）牌號未涂層牌號。涂層牌號兼具良好韌性刃口耐磨性，推薦用于灰鑄鐵球墨鑄鐵鏜削加工。某些未涂層牌號具有優(yōu)異抗熱沖擊性及抗斷裂韌性，而另一些牌號能夠吸收機械沖擊保持良好刃口耐磨性，此類牌號適于高溫合金鏜削加工。具有高韌性未涂層牌號推薦用于灰鑄鐵粗鏜加工斷續(xù)鏜削。

　　金屬陶瓷由陶瓷材料（鈦基硬質(zhì)合金）與金屬（鎳、鈷）結(jié)合劑組合而成復(fù)合材料。金屬陶瓷分為涂層牌號未涂層牌號兩類。未涂層牌號硬度較高，具有良好抗積屑瘤抗塑性變形能力，用于光潔度要求較高合金鋼精鏜加工。多層PVD涂層牌號（兩層TiN涂層之間夾一層TiCN涂層）可用于大部分碳鋼、合金鋼及不銹鋼高速精鏜半精鏜加工；用于加工灰鑄鐵球墨鑄鐵時，也可獲得較長刀具壽命良好表面光潔度。

　　聚晶金剛石（PCD）由金剛石微粉、結(jié)合劑催化劑高溫、高壓下制成超硬材料。PCD刀片將PCD刀尖焊接硬質(zhì)合金基體上制成。PCD刀具最有效用途加工過共晶鋁合金（硅含量超過12.6％）。PCD刀具切削刃能長久保持鋒利，超過了任何其它刀具材料。此外，PCD刀具適用于高速切削。

　　聚晶立方氮化硼（PCBN）硬度僅次于PCD。市場供應(yīng)PCBN刀片有多種結(jié)構(gòu)型式，如焊接式PCBN刀片（將或大或小PCBN刀尖焊接硬質(zhì)合金刀片上）、整體PCBN刀片、采用硬質(zhì)合金基體全加工面PCBN刀片等。PCBN刀片牌號通常用于淬硬鋼、工具鋼、高速鋼（HRC45～60）、灰鑄鐵、冷硬鑄鐵以及粉末冶金材料精鏜加工。PCBN一個獨特性能其室溫硬度與切削時高溫硬度基本相同，這就使PCBN刀具高速加工可獲得比加工相同工件其它類型刀具更長刀具壽命。

　　用于鋼制鏜刀桿鏜刀片型號有：CNMG 332、CNMG432CNMG542；DNMG 332DNMG 442；SNMG 432；TNMG 332TNMG 432；VNMG 332VNMG 432；WNMG 332WNMG 432。鏜刀片主要幾何角度有前角、刃傾角余偏角。前角刃傾角為負值，典型前角值為－6°；刃傾角根據(jù)刀片形狀不同，－10°～－16°之間取值；余偏角與刀片形狀有關(guān)：CNMGWNMG為－5°，DNMGVNMG為－3°，TNMG為－1°，SNMG為15°。

　　用戶通過對刀片材料及幾何參數(shù)、刀桿材料及切削力進行認真權(quán)衡優(yōu)選，就會使鏜刀撓曲減至最小，加工出符合要求孔。

(編輯：吳云麒)

  本文關(guān)鍵詞：鏜削加工，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。