复合扩铰刀切削参数的合理选择
想买铣刀钻头请找我一三九二二八八一四一二：经过系列试验发现，改变复合扩铰刀的切削用量对复合扩铰刀的寿命和加工孔的表面质量有十分明显的影响，在一定范围内适当减小铰削速度和增大进给量可以提高孔的表面质量。
在机械加工中，孔加工占有很大比例，而铰削加工是应用普遍的孔精加工方法。铰削是利用铰刀从已加工孔的孔壁上切除薄层金属，可获得较高的尺寸精度和较好的表面质量。复合扩铰刀作为集扩削和铰削于一体的复合刀具，可以将两道工序合二为一，具有较高的经济性，在加工过程中切削轻快且平稳，能保证孔的表面光洁度和精度，并可以去除较大的加工余量，加工效率高。由于其独特的优势，在现场加工中得到了广泛的应用。
山东某公司使用Φ12复合扩铰刀对热交换器板进行精加工，加工工件材质为Q235B，采用TiN涂层刀具，加工中心为龙门加工中心，冷却方式为外冷，在原有切削参数下加工质量和刀具寿命达不到理想要求。影响金属切削过程的不仅是刀具几何参数，还有现场加工中的切削用量也是一个重要因素。选择合理的铰削用量不仅能保证工件的加工质量，还能充分发挥机床和刀具的性能，获得更高的生产率和较低的加工成本。针对该公司使用的Φ12复合扩铰刀，从金属切削层的角度对铰削过程进行分析，通过改变复合扩铰刀的切削速度和进给量进行一系列的试验，选择合理的切削参数，解决了现场加工中出现的问题。
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试验刀具及切削原理
试验用Φ12复合扩铰刀为直柄焊接式结构，刀杆使用4Cr5MoSiV1材料，采用保温炉整体淬火，硬度50HRC。刀体采用肯纳2210硬质合金，用美国Star的PTG-6数控工具磨床磨削工作部分，复合扩铰刀的扩孔余量0.35mm，铰孔余量0.23mm，复合扩铰刀的主要几何参数如表1所示。
金属切削过程是刀具从工件上切去加工余量形成所需表面的过程，在切削时既要保证符合技术要求的形状、尺寸精度和表面质量，又要追求高的生产率和低的成本。为了实现这一过程，选择合理的切削参数就显得尤为重要。复合扩铰刀是一种精加工用复合刀具，在切削时兼有扩削和铰削的特点，切削参数选择不合理，不仅造成加工孔的尺寸精度和表面质量不合格，还将极大影响刀具的切削性能，因此，如何选择复合扩铰刀合理的切削参数是关键。从切削机理角度入手分析复合扩铰刀的切削性能，对Φ12复合扩铰刀的扩孔切削层和铰孔切削层进行分析。
图1Φ12复合扩铰刀实物
Φ12复合扩铰刀的前序为底孔钻Φ11.42钻底孔，在铰削过程中，扩孔余量为0.35mm，铰孔余量0.23mm，扩削单边余量0.175mm，铰削单边余量0.115mm，试验用的复合扩铰刀扩刃主偏角为45°，铰刃主偏角为3°。复合扩铰刀原加工参数为：转速560r/min，进给速度352mm/min，计算得到其切削速度为21m/min，进给量为0.628mm/r。复合扩铰刀齿数6个，对于多刃刀具的切削层是两个相邻刀齿沿进给方向移动一个齿进给量后所切下的金属体积在基面上所截得的金属层，复合扩铰刀的切削层如图2所示。由图可以看出，铰削切削层的厚度较小，改变复合扩铰刀的切削参数对切削厚度有直接影响，切削层的改变直接决定切削刃切削部分所承受的负荷大小和切下的切屑形状和尺寸，这对刀具切削性能产生直接影响。
图2复合扩铰刀的切削层(红色：铰孔切削层；绿色：扩孔切削层。)
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试验过程及结果
观察Φ12复合扩铰刀在改变切削参数时对加工质量和刀具性能的影响。分析有关文献进行的试验，选择相对合理的切削参数，为在其他场合应用复合扩铰刀时选择合理切削参数提供参考。
试验机床为美国HASS-VF5型立式数控加工中心，采用乳化液外冷，被加工工件为Q235B板材，板材规格160×160×36mm，试验用底孔钻为Φ11.42×60×100的麻花钻(其中60表示可钻孔最大深度，100表示钻头长度)。在铰孔时，复合扩铰刀切削参数的选择参考山东金驰复合扩铰刀的切削参数确定，根据该公司长期的切削加工经验，选取表2所示的切削参数进行试验。试验中收集特征切屑，记录复合扩铰刀在不同切削参数下的寿命。铰刀的寿命为从开始切削到铰刀磨损并导致工件超差的时间内的加工孔个数，试验结束后用表面粗糙度仪对加工孔的表面粗糙度值进行测量，获得有价值的试验结果。
将Q235B板材固定到美国HASS-VF5型立式数控加工中心的工作台上，安装麻花钻和Φ12复合扩铰刀，打径向跳动，确保刀具准确装夹。准备工作完成后进行孔加工，前序使用麻花钻钻出底孔，后用复合扩铰刀进行铰孔。观察试验中的加工状况并收集切屑以做后续分析处理，采用复合扩铰刀对Q235B板材进行铰孔加工，分别统计复合扩铰刀的寿命。试验完成后采用线切割法将孔沿轴线剖开，用哈量2205B型表面粗糙度仪对多个特征孔的表面粗糙度进行测量并求均值。本次表面粗糙度的评定参数选择算术平均偏差Ra值，采用轮廓最小二乘中线。不同切削参数下复合扩铰刀的寿命和加工孔的表面粗糙度值见表3。
图3Φ12mm复合扩铰刀在不同切削速度下进给量与孔粗糙度之间的关系
根据表3数据和图3中进给量与粗糙度的关系可以看出，随着切削速度的升高，复合扩铰刀的寿命有较明显的降低，表面质量也在一定程度上变差。这是因为切削速度变大，切削中产生更多的切削热，在加工钢件时切削温度升高导致积屑瘤产生，积屑瘤的产生与脱落降低了表面质量和刀具寿命；随着刀具进给量的升高，刀具的寿命在一定程度上降低，但规律不明显，表面粗糙度值有所降低。观察表中数据可知，当转速为460r/min，进给量为0.728mm/r时，复合扩铰刀有较高的寿命和较好的切削性能，这是因为本次试验的复合扩铰刀在铰刃处的主偏角很小，切削层的厚度薄，适当加大进给量，不仅能保证复合扩铰刀的铰刃稳定切入金属层，还能使铰刃有效避开碳钢加工时易出现的硬化层。
改变复合扩铰刀的直径并保持其他参数不变进行铰孔试验。选择复合扩铰刀直径为Φ19.18mm，改变其转速和进给量，获得的孔表面粗糙度如表4所示。
图4Φ19.18mm复合扩铰刀在不同切削速度下进给量与孔粗糙度之间的关系
根据表4与图4可知，当扩铰刀直径为Φ19.18mm时，改变扩铰刀的进给量与转速所获得的孔表面粗糙度与直径为Φ12mm扩铰刀所获得粗糙度的规律类似。
小结
经过上述系列试验发现，改变复合扩铰刀的切削用量对复合扩铰刀的寿命和加工孔的表面质量有十分明显的影响，在一定范围内适当减小铰削速度和增大进给量可以提高孔的表面质量。
试验中采用Φ12mm复合扩铰刀和Φ19.18mm复合扩铰刀对板材Q235B进行铰孔时，当切削速度v=17.332m/min，进给量f=0.728mm/r时，复合扩铰刀有较高的寿命，加工孔的表面质量较好。
