對*進行鈍化處理的要求是:使切削刃均勻鈍化,從而提高*的加工效率。然而,毛刷的磨損增大了刃口鈍化工藝的難度。
*以來,對*切削刃進行刃口鈍化處理能提高生產(chǎn)效率和工件質(zhì)量的事實已*。根據(jù)不同的加工條件,刃口鈍化處理可使*壽命zui多提高5倍。此外,切削刃的刃口鈍化還能提高被加工工件表面的顯微硬度。
在毛刷鈍化工藝中,影響刃口處理效果zui重要的工藝參數(shù)是橫向進給量aZ(即刷子外緣相對于切削刃刃口的垂直距離)和切削速度VC。在其他條件不變的情況下,提高這兩個參數(shù)中的任何一個都會增加材料的去除量,從而增大刃口倒圓值。提高切削速度可增加磨粒的動能,而且動能的增加與切削速度的平方成正比,從而會導(dǎo)致刃口倒圓半徑迅速增大。其它影響參數(shù)還包括刷刃口的持續(xù)時間t和磨粒尺寸。
切削刃鈍化工藝的難點在于,所產(chǎn)生的刃口倒圓是否均勻,以及能否獲得需要的倒圓,因為它們必須根據(jù)被加工材料進行設(shè)置。采用毛刷工藝對刃口進行鈍化處理時,刷子的磨損會導(dǎo)致刃口形狀出現(xiàn)偏差。因此,本研究的目的是確定磨損機理以及工藝參數(shù)對刷子磨損的影響。
鑒于切削刃的刃口形狀復(fù)雜,僅用一個刃口半徑值不足以*描述。Denkena提出了一種詳細描述刃口形狀的方法:借助于切削刃的部分線段Sα、Sγ和△r來描述切削刃的刃口形狀,通過引入形狀因子κ,來表示Sα與Sγ之比。在此項研究工作中,采用接觸式測頭來測量切削刃的刃口形狀。
磨料絲毛刷的運動與工藝參數(shù)
刷子的運動是通過工藝參數(shù)(切削速度VC、進給率aZ、往復(fù)運動速度VP和刀片安裝角φB)來描述的。加工平面的位置由刷子的旋轉(zhuǎn)方向以及切削*的方位來決定。在此,將刷子切入的刀片面稱為進入面,刷子脫離的刀片面稱為退出面。
刷毛自由端的形狀是通過對刷子的修整來確定的。修整時,刷子在一個與運動方向傾斜擺放的聚晶金剛石切削刃上滑過。由于力的作用以及修整過程的相對運動,在刷毛的端部形成了雙重斜面,這種形狀對鈍化過程不會帶來重大變化。借助高速攝影機,可以觀察到刃口鈍化的材料切除過程分為四個階段:在*階段,刷子接觸到*的進入面;在第二階段,由于刷子的旋轉(zhuǎn)運動,刷毛的自由端開始向上移動,同時刷毛產(chǎn)生彈性變形,并在切削刃上滑過;在第三階段,由于刷毛端部的形狀,使刷毛端頭與切削刃充分接觸,并將從切削刃上切除的材料從退出面上帶走。在第四階段,切除過程結(jié)束,刷毛離開切削*表面,繼續(xù)其圓周運動。
刷子磨損與材料切除
除了刷毛形狀和刷子的運動以外,刷子的磨損對材料的切除也具有決定意義。Landberger 將刷子的磨損分為刷毛逐漸縮短、硬質(zhì)材料晶粒的磨損以及刷毛的破損。刷毛的縮短是由于刷毛對切削刃的抱合過程,兩者之間逐漸形成一個橢圓形的接觸面,因此其主要影響因素是切削速度。由于修整以后刷毛的端部已經(jīng)形成了一定形狀,因此Landberger描述的橢圓形接觸面在刷除過程開始時就已形成,不應(yīng)將其看作是刷毛磨損的結(jié)果。在刷除過程中,這種原始狀態(tài)受到切削速度和進給率變化的影響。隨著切削速度的提高,開始出現(xiàn)磨粒破碎和脫落。此時,不僅刷毛所受的力負荷增大,而且熱負荷也在提高,從而加劇了磨粒脫落。隨著進給率的增大,力負荷也隨之增大。當(dāng)切削速度較低時,磨粒變鈍的主要原因是機械磨損。
在刃口鈍化的開始階段,刷毛上的磨粒處于鋒利狀態(tài),很適合刃口倒圓。在這個階段,刷毛的磨損速度很快,并與加工過程的工藝參數(shù)無關(guān)。接下來,是一個準穩(wěn)定磨損階段,在此階段,刷子持續(xù)而均勻地倒圓刃口。在切削速度較高時,刷毛鋒利程度的降低是由于磨粒從尼龍基體中脫落,以及熱量造成的影響;而在切削速度較低時,刷毛鋒利程度降低則是由于磨粒變鈍所致。切削刃在開始階段低速下的鈍化過程比在高速時變化平緩。這是因為不同的磨損機理所致。在VC=15m/s時,由于力和熱負荷較小,導(dǎo)致材料去除量保持穩(wěn)定。
隨著刷子刷刮切削刃的數(shù)目增加,形狀因子κ值逐漸減小,表明在退出面上倒圓的弧線延長了。這種現(xiàn)象是隨著刷毛磨損而出現(xiàn)的,尤其是在進入面這一邊,導(dǎo)致刷子去除材料的能力減弱。
切削速度對刷毛磨損的影響
漢諾威生產(chǎn)技術(shù)與機床研究所的研究表明,刷毛的磨損主要受到切削速度的影響。當(dāng)切削速度增加時,動能的提高導(dǎo)致磨粒發(fā)生破碎,同時也使磨粒變得鋒利,而刷子的材料去除能力因磨粒的脫離而減弱。在較高的切削速度下,刷毛受熱負荷的影響較大。而在較低的切削速度下,力和熱負荷的影響變得次要,主要是機械磨損使磨粒變鈍。刷毛的材料去除能力在鈍化開始階段快速降低,然后過渡到比較穩(wěn)定的狀態(tài),此時,其材料去除能力成線性下降。材料去除能力的變化是由于刷毛的磨損程度不同。通過減小切削速度,可以保持比較穩(wěn)定的材料去除性能,但去除率較低。