高速鋼車刀成形塑料工藝參數的優化范文

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《塑性工程學報》2016年第二期

摘要：

采用UG軟件對成形塑料尼龍的高速鋼車刀進行建模，并設計出特定形狀的高速鋼車刀。利用FANUC系統CK6140S數控車床對塑料尼龍材料進行塑性成形試驗，觀察塑料尼龍在特定成形參數條件下成形的運動效果及形態。利用CV3200輪廓度測量儀對成形的塑料尼龍表面進行輪廓度測量。分析通用型高速鋼（W18Cr4V）車刀在不同的切削進給速度與切削深度下塑料尼龍工件的成形質量，得出最佳的切削進給速度為0．2mm•r－1、切削深度為5mm。結果表明，合理選擇塑料成形刀具的材料、進給速度與切削深度，可使塑料尼龍成形呈規則完美的卷屑狀，表面輪廓度與理論輪廓貼近吻合，實現塑料尼龍的高效率成形。

關鍵詞：

高速鋼車刀；塑料尼龍；切削厚度；進給速度；輪廓度

現代工業技術的發展對工程材料的應用提出了越來越高的要求，采用塑料類零件代替鋼、銅和鑄鐵等零件的優勢日益明顯。塑料尼龍以其在機械性能、耐腐蝕性、耐熱性方面的優點，在機械行業應用日益增多［1］，如軸承、機床、軸承保持器、傳動蝸輪、齒輪、螺母等。盡管這些零件大多數是用注塑方法制成的，但是在一般情況下必須經過機械加工的方法獲得精確而又經濟的零件，如切除塑料零件的澆口、冒口、飛邊等［1］。高速鋼刀具耐沖擊性好，具有良好的綜合性能。本基于自行設計的特殊形狀高速鋼車刀，研究塑料尼龍材料在高速切削過程中的切屑形態、工件輪廓度的變化情況，探討高速加工的切削參數對塑料尼龍工件質量的影響。

1特型高速鋼刀具的設計

機械加工過程中刀具、切削用量、切削三要素的選擇會直接影響塑料尼龍的加工質量，所以在加工之前要選擇合理的方式對刀具進行設置，如圖1所示。結合刀具設計的流程設計出既能合理切削塑料又能保證加工高效率的特殊形狀高速鋼車刀［2］如圖2所示，該車刀能很好的進行塑料尼龍的加工。

2切削試驗與分析

安裝設計的特型刀具，設置主軸轉速，調整工藝參數，切削工藝參數設置如表1所示。利用FANUC系統CK6140S數控車床對塑料尼龍材料進行切削試驗［3］，如圖3所示。

2．1刀具進給速度的影響

2．1．1刀具進給速度對工件塑性切屑形態的影響刀具的移動速度V和工件主軸轉速S存在著一定的關系V（mm•min－1）＝S×Vf。選擇主軸轉速S＝1600r•min－1、切削深度Δd＝5mm，在CK6140S數控機床上采用高速鋼刀對塑料尼龍進行車削試驗。圖4所示為不同進給速度下的切屑狀態。當進給速度由Vf＝0．1mm•r－1增加到0．3mm•r－1時，變形情況由原來的卷狀逐漸發展為擠壓螺紋狀，即變成崩碎狀切屑。崩碎狀切屑的塑性狀態切削應力大，工件與刀具的擠壓力也加大，刀具磨損瞬間加劇，從而影響刀具的使用壽命［4］。實際加工過程中，為延長刀具的使用壽命，完成高速切削，盡可能的選擇主軸轉速S＝1600r•min－1，進給速度Vf＝0．2mm•r－1，使得變形形態為卷狀。

2．1．2刀具進給速度對工件表面輪廓的影響為了研究塑料加工表面輪廓曲線隨著刀具進給速度Vf的變化趨勢，利用CV3200輪廓度儀對加工成型的塑料尼龍進行輪廓度測量。在相同的測量范圍及測量參數下進行測量，得到不同刀具進給速度情況下，工件實際表面的輪廓變化曲線，并將曲線導入CAD軟件中，對工件的實際輪廓和理論設計的輪廓進行比對，結果如圖5所示［5］。從圖5中不難看出，隨著進給速度Vf的增大，工件表面輪廓曲線逐漸脫離理論輪廓，曲線的變化比較明顯，這是因為，在主軸轉速S一定的情況下，隨高速鋼車刀切削速度Vf的變化進給速度F也會變化，根據輪廓曲線綜合分析，切削速度Vf較大，塑料尼龍加工表面輪廓與理論輪廓吻合，當0．2mm•r－1＜切削速度Vf＜0．3mm•r－1，隨切削速度Vf增加，塑料尼龍的輪廓越來越脫離理論輪廓。

2．2刀具切削深度的影響

2．2．1刀具切削深度對切削形態的影響圖6所示為主軸轉速S＝1600r•min－1，切削深度ap＝3mm和ap＝7mm時的切屑形態。從圖中可以看出，當切削深度ap＝3mm時工件的切屑形態比較薄且細小，并且向刀具后方均勻分布并排出。當切削深度ap＝7mm時工件的切屑形態較厚重，而且工件表面有擠壓變形的趨勢，切屑的排布方向是纏繞在工件表面和刀具表面，容易繞刀和轉入主軸，摩擦已加工成型的工件表面，影響刀具的正常加工。大切削深度也容易形成大量的切削熱，將塑料尼龍底部硬化而導致粘刀和積削瘤的發生，影響刀具使用壽命。從切削效果綜合考慮，適中的切削深度有利于塑料尼龍切屑脫落及及時排出，減少切削對高速加工的影響和干擾［6］。

2．2．2刀具切削深度對工件表面輪廓的影響如圖7所示，隨著切削深度ap的增大，工件表面輪廓曲線逐漸脫離理論輪廓，曲線的變化比較明顯，根據輪廓曲線綜合分析，切削深度ap增大，切削力F也隨之增大，塑料尼龍加工表面塑性變形增大，塑料尼龍出現彎曲變形現象，輪廓與理論輪廓不吻合，所以應選擇適中的切削深度來保證工件輪廓度。

3結論

1）通用型高速鋼（W18Cr4V）車刀在切削塑料尼龍的時候，在主軸轉速S＝1600r•min－1的情況下，采用0．2mm•r－1＜刀具進給速度Vf＜0．3mm•r－1、5mm＜切削深度ap＜7mm時切屑形態好，有利于切屑向工件及刀具后方排出脫落，促進塑料尼龍切削過程順利進行。2）在主軸轉速S＝1600r／min的情況下，采用刀具進給速度Vf＝0．2mm•r－1、切削深度ap＝5mm，工件切削加工完成后的輪廓最貼近理論輪廓，保證了工件加工的輪廓度精度要求。3）在實現塑料尼龍的高速切削時，切削深度、刀具進給速度的選擇在保證工件輪廓度精度要求、工件切屑脫落的前提下，選擇較大的切削深度和進給速度，保證了高速切削的同時也滿足高速切削質量的要求。

參考文獻

［1］李瑞芬．塑料的機械加工［M］．北京：化學工業出版社，2014

［2］王勝，程遠，巫少龍．基于塑料尼龍加工的內外圓兩用車刀設計［J］．機械工程師，2014（6）：67－68

［3］宋玉華，張凱鋒，王仲仁．塑料板材熱成形過程三維溫度場的有限元分析［J］．塑性工程學報，1998．4（5）：38－40

［4］王義強，閆國琛，邱紅鈺等．刀具形狀及工藝參數對模具鋼NAK80高速切削過程的影響［J］．兵器材料科學與工程，2015．38（2）：5－9

［5］林偉，涂俊翔．高速鉆削碳纖維符合材料加工參數對入口分層的影響［J］．現代制造工程，2015（2）：12－17

［6］秦文瑜，盧曦，高文貴等．無芯棒式旋鍛工藝參數對傳動軸表面質量的影響［J］．塑性工程學報，2014．21（6）：16－18

［7］路家斌，李順，閻秋生等．圓盤剪刀過程硬質合金圓盤刀磨損及其對分切質量的影響［J］．塑性工程學報，2014．21（6）：118－119

作者：王勝 單位：衢州職業技術學院 機電工程學院