高速剑杆带铣深槽工艺探究

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1、高速剑杆带铣深槽工艺探究　　摘要：对K88复合材料高速剑杆带的铣深槽工艺进行了研究，利用单因素法，分别试验了刀具材料及刀具几何参数、切削加工参数对其宏观加工效果的影响。与此同时，在保证质量和效率前提下，初步确定了K88深槽加工的加工工艺：使用3切削刃的直刃硬质合金刀具，在转速3400r/min情况下，一次直接吃到深度。关键词：高速剑杆带；铣削加工；刀具；加工参数；加工效果中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672-3198（2013）15-0182-021前言近几年，剑杆织机逐渐向高速发展，其配套剑杆带产品也为了适应其高速运转的特点，新近开发出了几种厚、窄、孔型小的新产品，K88是其

2、中一种较典型的产品。其产品厚度为4mm，通长段宽度为13mm，带身孔型为3.1×44mm，且在加工面有一个深1.9mm、宽6.7mm的通槽。7由于该通槽一是为了满足带身孔与剑轮的配合，二是确保剑杆带能在导轨中平稳运行，因此该通槽的加工质量就尤为重要。由于复合材料与金属性质不同，它是多层含胶的预浸料叠层复合成型，所以该通槽在铣削加工中，会出现分层、槽底有明显的刀痕等问题，因此必须进行相关工艺研究。本文通过对K88复合材料剑杆带的铣削加工入手，利用单因素法，分别试验了刀具材料及刀具几何参数、切削加工参数对其宏观加工效果的影响，为该类剑杆带产品的深槽铣削加工工艺设计提供一定的实验基础。2铣削加工

3、试验2.1试验方法依据铣削加工后深槽分层情况及加工后槽底、槽边的外观质量，取得相关加工参数。2.2试验方案K88复合材料铣削加工试验，所用增强材料为碳纤维预浸料和聚酯纤维布，基体材料为配方环氧树脂。试件为特定铺层结构，复合成型后加工成450×13×4mm的窄条。刀具进给方向与试件铺层方向一致。通过试验不同的刀具材质及刀具几何参数、不同切削参数（切削深度、切削速度、进给量），对试件的加工质量进行评价判定，并获得相对理想的加工参数。3试验结果及分析讨论3.1刀具材质7本次研究，主要使通过全高速钢刀具和整体硬质合金刀具进行试验比较。采用高速钢立铣刀，加工初期试件的槽底、槽边质量较好，分层情况不明

4、显，有少量发生分层；但在累计加工长度超多10米后，试件的槽底、槽边宏观质量明显下降，分层情况增加明显；而采用硬质合金立铣刀，试件的加工质量一直较好，分层情况虽时有出现，但基本保持某一个较低比率。见图1，图2。经分析，主要原因如下：复合材料制品本身具有导热性差、组织不均匀等缺点；高速钢刀具硬度低、耐磨性差。在加工时，切削区温度高且集中于刀具切削刃附近，纤维的回弹及粉末状的加工屑又加重了擦伤刃口和后刀面，同时由于碳纤维的硬度较高，因此高速钢刀具磨损严重，耐用度低；硬质合金刀具硬度高、耐磨性好、导热系数高。由于硬质合金比普通淬火钢的导热系数高10倍以上，因此在相同加工条件下，使用硬质合金刀具加工

5、试件，其切削区的温度相对较低，对复合材料影响较小，同时硬质合金刀具不产生积屑瘤，故而硬质合金刀具不易磨损，且宏观加工质量好。经过多次验证，使用硬质合金刀具进行K88铣深槽加工，对分层现象有较好的改善效果，且宏观加工质量较高；同时硬质合金刀具耐用性较佳，只要无崩刃或后刀面无明显高亮磨损情况，即可正常使用。3.2刀具几何参数7根据刀具几何参数，可笼统的把立铣刀刀具分为螺旋刃铣刀和直刃铣刀。采用螺旋刃铣刀，在进行试件加工时，较易出现分层现象。而采用直刃铣刀，加工同类型产品时，分层情况相对较少；同时，采用直刃铣刀，其槽底、槽边的宏观加工质量好于螺旋刃铣刀。见图3，图4。产生此情况的原因为：螺旋刃铣

6、刀，其前角与刀具轴线有一定夹角，在进行铣削加工时，就会在侧边产生一个较大的螺旋力，同时，由于试件深槽为连续铣削加工，其刃角也会与试件断面形成的相对夹角而产生一定的层间应力；而当由螺旋力引起的层间应力（占大部分）和连续加工时刃角与试件夹角产生的层间应力（占小部分）总和大于层间界面强度时，就使得剑杆带头部碳纤维层之间产生剥离分层。而直刃铣刀，其前角为0度，与刀具轴线平行，不会出现层间应力，只是在连续加工时，其刃角会与试件断面形成的相对夹角而产生一定的层间应力，此层间应力较小，一般不足以破坏层间界面强度。3.3刀具刃数刀具刃数一般由一个到多个，可叫为单刃、2刃、3刃、多刃刀具。由于刀具本身直径仅

7、有6.6mm，考虑到强度及后期刃磨的情况，本试验研究只进行了2刃、3刃铣刀的试验，其试件铣削加工后，分层情况无明显差异，槽底、槽边的宏观质量，3刃略好于2刃。原因分析：切削刃的增加，减小了在快速加工7时每个刃口的平均吃刀量，降低发生让刀、振动的几率，使切削更加平稳，因而在进行试件加工时，3刃铣刀就会好于2刃铣刀的加工质量。3.4切削参数切削参数主要包括切削速度、进给量和切削深度三个要素，其各自的变化对切削质量有较明显的差