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【兆恒机械】浅析90°外圆车刀的刃磨工艺

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  • 添加日期:2021年08月23日

在金属切削加工中,车工是一个非常重要的工种。一个车工三分靠手艺,七分靠刀具,刀具刃磨质量的好坏直接影响到工件的加工质量,这说明了刀具刃磨在机械加工中是相当重要的。

在刃磨硬质合金刀具时,由于其刀具材料具有刀片较脆、导热性差、硬度高等特点,如果采用数控工具磨床机械刃磨,设备价格昂贵,刃磨时较容易产生裂纹,磨损后不易修复。所以,采用普通砂轮进行手工刃磨,适合现在机加工实习教学需求和实际情况。在手工刃磨时,采取正确的刃磨工艺和方法,可磨出刀具的刀刃、角度、刀面、断屑槽等,可有效减少或避免刃磨裂纹的产生。虽然手工刃磨对实习老师和学生来说是比较辛苦,但它不但提高老师刃磨刀具技能水平,而且可有效培养学生实习刃磨车刀的实践能力。

1 刀具的组成及几何角度

1.1 刀具组成

车刀由刀头和刀体两部分组成,刀体的作用是把车刀装夹在刀架上,起到固定作用。90°外圆车刀刀头具有“一尖两刃三面”的特点,即刀尖、主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面、副后刀面等(如图1所示)。

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图1 外圆车刀

1.2 刀具几何角度

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图2 车刀的主要几何角度

刀具的几何角度较多,如图2,其中主偏角(κr)、副偏角(κr′)、前角(γo)、后角(αo)、刃倾角(λs)是主要的几何角度。但在实际工作中,只要掌握前角、后角、主偏角、刃倾角和主切削刃即可。

2 磨刀砂轮的选择

目前磨刀砂轮主要有白色氧化铝(Ar2O3)和绿色碳化硅(SiC)两种,它们是金工实习教学较常用的磨刀砂轮。由于刀具材料不同,必须选择合适砂轮刃磨车刀。Ar2O3砂轮的韧性好、比较锋利、磨削时发热少,但砂粒硬度较低,所以用来刃磨高速白钢车刀和硬质合金刀杆部分。SiC砂轮硬度高、切削性能好,但较脆,所以适合用来刃磨硬质合金刀。

粗磨刀具应选用粗砂轮,精磨时应选用细砂轮,通常选用φ250mm砂轮来刃磨车刀,磨刀前首先用金刚石笔对砂轮外缘凹凸面进行修整。

3 刃磨车刀的工艺及其方法

在机加工实习教学工作中,实习教师要懂得刀具切削基本原理和刀具几何角度的理论知识,更重要的要掌握刃磨刀具的基本磨刀技术。刀具刃磨分为机械刃磨和手工刃磨,因手工刃磨方便灵活,对磨刀设备要求不高,所以手工刃磨是最基本的刃磨方法。根据笔者的刀具刃磨经验,现以90°硬质合金(YT15)外圆车刀为例,介绍车刀刃磨工艺及其方法。

3.1 刃磨车刀工艺

车刀刃磨分为粗磨和精磨。粗磨时,先刃磨主后刀面,同时磨出主偏角和主后角;再刃磨副后刀面,同时磨出副偏角和副后角;最后刃磨前刀面,同时刃磨前角;精磨时,先修磨前刀面,再修磨主后刀面和副后刀面,最后修磨刀尖圆弧。对于角度要求较高的刀具,要用万能量角器进行检测刀具角度,保证正确的刀具几何角度。

3.2 刃磨车刀的方法

采用氧化铝砂轮先磨去车刀前面、后面上的焊渣。粗磨主后刀面和副后刀面的刀头部位。刃磨时,车刀翘起比刀体上的后角大2°~3°,并稍微高于砂轮中心的水平位置处刃磨,然后再刃磨刀头上的主后角和副后角。

需用碳化硅砂轮粗磨刀头上主后刀面,磨主后刀面时,将刀体向砂轮方向倾斜一个比主后角大2°,同时刀柄应与砂轮轴线保持平行。刃磨时,先把车刀已磨好的后刀面靠在砂轮的外缘,开始刃磨时应在接近砂轮中心水平位置,然后使其刃磨位置向砂轮靠近,并作左右缓慢均匀的移动,当后刀面磨至刀刃处停止,这样可同时磨出主偏角90°和主后角。

粗磨刀头上的副后刀面,磨副后刀面时,刀杆尾部应向右转副偏角一定角度,同时车刀底平面向砂轮方向倾斜一个比副后角大2°。具体刃磨工艺与粗磨刀头上主后刀面一样,只不过粗磨副后刀面时砂轮应磨到刀尖处为止,同时可磨出副偏角κr′和副后角αo′。粗磨前刀面刀体尾部下倾,按前角大小倾斜前刀面,使切削刃与刀体地面平行或倾斜一定角度,使前刀面自下向上慢慢接触砂轮,并在磨前刀面同时磨出前角γo。

刃磨卷屑槽、卷屑槽是切削塑性材料的关键。如果卷屑槽刃磨得不好,切削时不易断屑,会不断缠绕在工件或刀具上,这样会刮伤已加工的表面,影响到正常切削,严重的可能会发生安全事故。在刀具前刀面刃磨卷屑槽是便于切削时,屑由于切削产生内应力不断变形而折断。刃磨之前,需将用修砂轮的金刚石笔修磨SiC砂轮,使砂轮的外缘均匀平整。刃磨时,刀头应垂直向上或向下刃磨。

精磨主后刀面和副后刀面,精磨前要用金刚石修磨细SiC砂轮,保持砂轮平稳旋转。刃磨时将车刀底平面靠在调好的托架上,然后刀刃轻微地靠在砂轮的外缘上,并沿砂轮外缘缓慢地左右移动,使砂轮磨损均匀、车刀切削刃平直光滑。

刃磨负倒棱,主切削刃起到刀具主要切削加工工作。为了改善其切削受力和散热问题,应提高主切削刃的强度,一般常在车刀的主切削刃上磨出负倒棱。负倒棱的角度一般为-5°~-10°,其宽度b约为为0.6f,f为走刀量。对于硬质合金车刀,需采用较大前角及其切削强度、硬度极低的材料,应不适合采用负倒棱。刃磨负倒棱时,为了保证切削刃的质量,采用直磨方法用力要轻微,要使主切削刃的后端向刀尖方向摆动。

刃磨过渡刃,过渡刃有直线形和圆弧形两种。刃磨圆弧形过渡刃时使刀具左右摆动,刃磨直线形过渡刃时使刀具自下向上。在砂轮上手工刃磨刀具,若其切削刃不够平滑光整。用这样的刀具车削时,不仅会直接影响到工件的表面粗糙度,还会降低刀具的使用寿命率。手工刃磨后的硬质合金车刀须用细碳化硅油石来回移动研磨其刀刃,以免车刀在切削过程会产生崩刃现象。

4 刃磨车刀时注意问题

(1)在磨刀前,要严格检查砂轮是否完好,安装砂轮应保证牢固、运转平稳。

(2)刃磨车刀时,磨刀者应站在砂轮的侧面,不要正对砂轮,以免磨粒飞进眼中;两手握车刀时要平稳,用力不能过大,要不断左右移动,使车刀受力均匀,防止硬质合金车刀产生裂纹。

(3)刃磨车刀时应自下而上缓慢接触砂轮,刀具刀头上端部位与砂轮接触时要快速脱离,否则会碰伤已磨好的刀刃。

(4)刃磨高速白钢刀须时常把车刀放到水中冷却,防止车刀因温度升高而退火;刃磨硬质合金车刀只须将发热后的刀杆放到水中冷却,注意刀头处不能放到水中,避免刀头发生裂纹。

5 结语

正确理解刀具组成和刀具几何角度,是正确刃磨车刀的前提。刃磨好的车刀,要在车床上加工试验,随时观察切削情况。只有反复练习刃磨,才能掌握车刀的刃磨工艺和方法,合理的刀具刃磨工艺有利于保证工件的加工质量和提高机加工实习的教学质量。