通過使用鋼制墊板讳帆，使平均使用壽命與原裝硬金屬轉(zhuǎn)動沖切板相比提高了176%

　　生產(chǎn)技術(shù)研究所（WBK）研究的成果表明，采用被動減震的刀具銑切加工硬質(zhì)材料時(shí)能夠在很大程度上減少切削磨損，并提高刀具的耐用度淮逻。通過貼近作用點(diǎn)來改變銑刀入口沖擊的減振措施，可以對刀具的使用壽命產(chǎn)生顯著的影響阁簸。

　　高硬度材料或表面容易脆裂材料的銑削加工爬早，由于銑刀入口沖擊時(shí)機(jī)械交替負(fù)荷高，很可能會導(dǎo)致刀具的磨損增加，從而導(dǎo)致使用壽命縮短碟姓。同樣炼注，在對輪廓進(jìn)行不連續(xù)或?qū)Σ粓A材料車加工時(shí)，也會發(fā)生這種情況易传》绞卡爾斯魯厄大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所（WBK）正在研究，如何能夠在其他切削參數(shù)不變的情況下臭赃，通過在貼近作用點(diǎn)的位置上改變刀片墊板材料的方法來對刀具使用壽命產(chǎn)生積極的影響询烤。

　　在下文中我們將證明，在被動減振的銑刀上柔韌性是如何變化的尽舱，它對刀具的使用壽命產(chǎn)生了何種影響旷酗。此外，先前在車削過程中也對車刀的柔韌性做了變化試驗(yàn)元炭，現(xiàn)在把這種試驗(yàn)結(jié)果與銑削過程的試驗(yàn)結(jié)果加以比較砾褂，并介紹下一步實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論。

圖1  理想化切削力曲線

　　在銑加工時(shí)昼浦，刀具承受著因工藝方法而造成的交變負(fù)荷馍资。這種負(fù)荷有機(jī)械性質(zhì)的，也有熱性質(zhì)的关噪。在機(jī)械負(fù)荷方面鸟蟹，特別值得一提的是刀片的入口沖擊。在刀刃進(jìn)入材料的瞬間使兔，切削力會發(fā)生明顯的提升建钥。

　　例如，在進(jìn)給同向進(jìn)行銑削時(shí)虐沥，刀具的刃部在每次進(jìn)入到材料時(shí)熊经，都會經(jīng)歷一次刀具的入口沖擊。圖1中給出了理想的切削力變化曲線欲险。這種效應(yīng)由于脆硬的氧化層而得到了明顯的加強(qiáng)镐依，在鑄造工件或類似工件上常會發(fā)生這種情況。

潤滑劑加強(qiáng)交變負(fù)荷

　　一方面天试，刀具傳導(dǎo)的過程熱會增加刀具的熱負(fù)荷槐壳；另一方面，刀刃切割空氣引起的溫度變化也會增加刀具的熱負(fù)荷喜每。由于使用了潤滑劑课妙，熱交變負(fù)荷還會進(jìn)一步加劇。

　　生產(chǎn)技術(shù)研究所承辦了由德國研究協(xié)會資助的“通過刀具入口沖擊時(shí)的柔韌性變化找鹅，提高切削加工時(shí)刀具的使用壽命”的項(xiàng)目翎钳。該項(xiàng)目探討了機(jī)械過載負(fù)荷挑画，并通過試驗(yàn)證明通過在貼近作用點(diǎn)的位置上改變?nèi)犴g性能夠盡可能的減少這種機(jī)械過載負(fù)荷。啟動這個(gè)研究項(xiàng)目的原因是基于以前多項(xiàng)工作中取得的結(jié)果鸣丝。這些結(jié)果能夠證明：機(jī)床驅(qū)動裝置的剛性對刀具的使用壽命是有一定的影響枕娱。

圖2  裝有墊板的銑頭刀架

　　例如，使用高剛性電機(jī)主軸的機(jī)床比使用剛性不太強(qiáng)的驅(qū)動裝置的機(jī)床刀具磨損得更快覆逊。但由于目前大量使用的電機(jī)主軸本身具有很多優(yōu)點(diǎn)叶素，因而有一種選擇的可能性，這種選擇成本低廉而且對柔韌性波媒，以及使用壽命的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化屹请，而且不必改變驅(qū)動方案。傳統(tǒng)的車刀在轉(zhuǎn)動沖切刀片下面墊有經(jīng)過研磨的硬質(zhì)金屬墊板腮鹦，以保證刀片位置牢固癣臭。在墊板其他參數(shù)不變的情況下，我們對這種墊板的材料做了修改拍嵌。

　　類似在這個(gè)項(xiàng)目的前期階段在車床上所做的試驗(yàn)遭赂。首先，研制了一種銑頭刀架横辆，它允許把柔韌性不同的材料放到刀具上撇他。為了使試驗(yàn)結(jié)果與先前的車削試驗(yàn)取得的結(jié)果具有盡可能高的可比性，將銑頭刀架設(shè)計(jì)成了可以安放與前期試驗(yàn)中相同的轉(zhuǎn)動沖切刀片狈蚤。圖2中顯示了裝有墊板的銑頭刀架困肩，墊板裝在轉(zhuǎn)動沖切刀片和刀體之間。

　　在選擇所用墊板的材料時(shí)脆侮，參考了前期的試驗(yàn)結(jié)果锌畸，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不高和彈性模數(shù)不大的材料并不適合。試驗(yàn)用的材料樹脂浸潤紙（彈性模數(shù)7GPa）靖避、跆对妫基玻璃（4GPa）、鎂（40GPa）和鋁（70GPa）表明：強(qiáng)度不足幻捏，彈性模數(shù)太小盆犁，會導(dǎo)致彈性變形過大，部分塑性變形過大孟若，它們抵消了切削刀片的預(yù)應(yīng)力笙铸，因而不能夠繼續(xù)使用。

　　由于這種原因炮方，墊板材料只能選用強(qiáng)度和彈性模數(shù)較高的材料。具體來講提蕴，就是鑄鐵材料EN-GJS-250（彈性模數(shù)110GPa）誊批、EN-GJS-600（170GPa）橱泻，以及鋼材S 235 JR（210GPa）。采用墊板的彈性模數(shù)作為標(biāo)志性的標(biāo)準(zhǔn)是因?yàn)樵诔叽绮蛔兊那闆r下卦唇，彈性模數(shù)是墊板柔韌性的惟一變量抢坯。

可轉(zhuǎn)位刀片斷裂成為使用壽命的標(biāo)準(zhǔn)

　　對工件材料提出了兩個(gè)要求，一是它們在經(jīng)濟(jì)快速的運(yùn)行過程中會使刀具磨損欢公，二是要在日常的切削工作中能夠得到應(yīng)用豫鲁。最后選用的是一種鋁合金（AlSi10Mg），它是一種帶有多層石墨的鑄鐵（EN-GJS 260 Gr）共胎，以及一種結(jié)構(gòu)鋼（S 235 JR）凛未。使用壽命的標(biāo)準(zhǔn)是：在測量到切削力升高時(shí)檢測到的可轉(zhuǎn)位刀片的斷裂。使用壽命的定義是可轉(zhuǎn)位刀片斷裂前能夠承受的刀刃入口的沖擊轧葛。

部分超過建議最大值

　　選擇的切削試驗(yàn)過程參數(shù)按照相應(yīng)的切削材料和所使用的可轉(zhuǎn)位刀片進(jìn)行了調(diào)整搂抒，使刀刃在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段內(nèi)發(fā)生斷裂。這意味著在具體情況下尿扯，參數(shù)的調(diào)整必須高于制造廠家建議的最大值求晶。

　　S 235 JR、EN-GJS 260 Gr和AlSi10Mg三種材料當(dāng)中的每一種都同三種不同的墊板進(jìn)行了組合衷笋。在9種可能的組合中芳杏，每個(gè)系列做十次試驗(yàn)，一直運(yùn)行到刀片斷裂辟宗。此外蚜锨，在對結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行加工時(shí)，用刀具制造廠家Tübinger Walter AG公司的原裝墊板同樣進(jìn)行了試驗(yàn)慢蜓。

　　用鋁合金所做的切削試驗(yàn)沒有取得可以利用的結(jié)果亚再。即使在500m/min和3675m/min之間的切削速度進(jìn)行變化，也沒有導(dǎo)致在適當(dāng)?shù)目梢灶A(yù)見的時(shí)間段之內(nèi)刀刃的斷裂晨抡。所以僅列出了加工鋼和鑄鐵材料的結(jié)果氛悬。

圖3  負(fù)荷變換彈性模數(shù)圖，以及采用S 235 JR材料所做測試系列的平均值比較

　　加工S 235 JR材料在刀刃斷裂前所達(dá)到的荷載循環(huán)見列于對相應(yīng)材料彈性模數(shù)的各種墊板上慷抛。從中可以清楚地看出勃撼，墊板的變化可以對刀具的使用壽命產(chǎn)生影響。與硬金屬原裝墊板相比睹协，使用鋼墊板可以將平均使用壽命提高176%（見圖3）鳞集。

　　相反，使用灰口球墨鑄鐵制成的墊板的平均使用壽命減少了約30%叁利，而使用多層石墨鑄鐵制成的墊板則使使用壽命提高了42%祷濒。

　　以EN-GJS 260 Gr為材料所做的試驗(yàn)則是另一種情況。與鋼制墊板相比完各，無論是球墨鑄鐵制成的墊板（提高330%）勘春，還是多層石墨鑄鐵制成的墊板（提高37%）瘟麻，都在使用壽命方面具有明顯的優(yōu)勢（見圖4）。

圖4  負(fù)荷變換彈性模數(shù)圖刹埋，以及采用EN-GJS 260 Gr材料所做測試系列的平均值比較

　　加工鑄鐵材料在刀具使用壽命上出現(xiàn)的個(gè)別的極端差別钮咱，其部分原因歸咎于結(jié)果數(shù)值的波動，因而需要繼續(xù)加以核準(zhǔn)这敬。這些結(jié)果和前期所做的車削試驗(yàn)取得的結(jié)果很難形成對比航夺，因?yàn)橛幸徊糠殖霈F(xiàn)相互矛盾的現(xiàn)象。

所有加工都需要墊板

　　不過似乎這還回答不了對普遍適用的最佳的柔韌性的問題崔涂。倒是應(yīng)當(dāng)提出這樣的問題阳掐，哪種柔韌性對于什么樣的條件才是最佳的。例如堪伍，有各種的加工過程（銑锚烦、車），以及各種的工件材料很難做相互比較帝雇，需要根據(jù)結(jié)果做出判斷涮俄，不同的柔韌性或墊板是根據(jù)相應(yīng)的加工情況進(jìn)行調(diào)整的。

　　使用壽命試驗(yàn)的結(jié)果波動幅度很大尸闸，而且也沒有普遍適用的最佳柔韌性彻亲，這種趨勢要求在減少干擾因素的同時(shí)繼續(xù)對柔韌性的影響進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)吮廉，還提出了這樣的一個(gè)問題苞尝，在墊板基礎(chǔ)上對柔韌性做簡單的變化，所取得的結(jié)果是否會消失在波動范圍內(nèi)宦芦。

　　WBK研究所后來的跟蹤研究也表明佛雀，取得較為可靠的結(jié)果的一種可能性在于，設(shè)計(jì)一種主動銑頭哟口，這種銑頭的柔韌性可以無級調(diào)整逃净，而且能夠繼續(xù)加強(qiáng)我們所希望的效果。例如棠雌，可以設(shè)想一種液壓機(jī)械式的刀具系統(tǒng)萨羽，該系統(tǒng)在可轉(zhuǎn)位刀片后面裝有一個(gè)壓力可變的油箱，油箱可以改變?nèi)犴g性和減振旬城。

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