![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图1) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图1)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ341453E.png)
前两期文章,我们介绍了渐变倒棱的应用背景和制造方式,本期文章,我们来介绍渐变倒棱的磨削质量检验和切削性能对比。
04渐变倒棱PCBN刀具磨削精度检测
4.1 刀尖圆弧半径和刃口缺陷检测
为了表征切削刃制备的精度,选择刀具圆弧半径R值及切削刃投影曲线Rk值来评价刃口品质。
参数测量采用日本明治MT7530显微镜。3组刀具的工测试结果如图15所示,其中刀尖圆弧半径的设计值为0.8mm。
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从图中可知各组刀具刀尖圆弧半径误差均在±20μm以内;随着磨削次数由6次增加到8次,Rk值逐渐减小,由8次增加到10次,Rk值则逐渐增加。
在200倍扫描电镜下观察(如图16所示),第1组刀具和第3组刀具个别存在微小崩刃,第2组刀具刃口无明显崩刃情况,相比而言,磨削次数为8次时刃口质量最为理想。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图2) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图2)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ12GX93.png)
4.2、渐变倒棱宽度和角度检测
采用常规方法很难检测渐变倒棱结构的角度变化,这里将渐变倒棱结构进行分段检测,检测位置参照图12中的5个截面。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图3) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图3)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ33I4134.png)
由于所测截面区域较小,很难直接在刀具上对所检测位置进行标记,为保证检测截面垂直或平行工作台右侧边缘,如图17所示,首先在白光干涉显微镜工作台上水平对齐放置一长方形挡块,然后将刀具放在镜头焦点处,刀尖圆弧区与挡块相切,因区间角λ和切角K相等,通过微调角K即可实现对所测截面的控制,此时检测截面和挡块的接触点将与刀尖圆弧区和挡块的切点重合。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图4) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图4)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ33PG05.png)
利用白光干涉仪显微镜提取截面功能检测渐变倒棱宽度和角度过程如图18所示。
以检测刀片某一截面为例,首先确定切点纵向刻度(图18a),通过纵向刻度即可确定所测截面位置(图18b),然后提取检测截面轮廓(图18c),进而完成相应参数值的测定(图18d)。
表2为样刀倒棱宽度和角度的检测结果,可知:刃磨后的倒棱宽度在设计值0.151mm附近波动,可见刃磨工艺相对稳定;3组刀片倒棱宽度测量平均值分别为0.151mm、0.149mm、0.152mm,最大误差为16μm。
相比而言,6次和8次磨削宽度误差较小,10次磨削误差较大;磨削次数对各截面倒棱角度测量误差影响较小,可以忽略不计;实际倒棱角度与理论角度相比,误差不超过±0.6°,满足磨削精度公差要求。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图5) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图5)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ33R9113.png)
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![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图7) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图7)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ33Z0K0.png)
05 切削性能试验
为验证渐变倒棱刀具的切削性能,开展了定值和渐变倒棱刀具的对比试验。
试验在CK6150数控机床上进行,工件采用硬度为(60±2)HRC的GCr15轴承外环,外径62mm,宽度17mm。
渐变倒棱刀具选用磨削次数为8次,倒棱宽度为0.1mm,角度变化范围15°~30°,对比刀具所用材质规格与渐变倒棱刀具相同,倒棱宽度为0.1mm,角度为30°。
试验所选切削参数固定,切削速度为150 m/min,进给量为0.1mm/r,切削深度为0.1mm,试验系统如图19所示。
试验中,采用KISTLER 9257B测力仪收集切削力,并采用VHX-1000型超景深显微镜测量刀具磨损,后续测量还包括工件表面的三维形貌及切屑形态,切削力测量数据如表3所示。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图8) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图8)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ33924S3.png)
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图9) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图9)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ3393B30.png)
由表3可知,刀具后刀面未磨损时,与定值倒棱刀具相比,渐变倒棱刀具的径向力和切削合力分别减少了16%和11%,但切向力略微有所增加、约为8%,这是由于渐变倒棱刀具螺旋刃对各向切削力分解的结果。
而随着切削的进行,渐变倒棱刀具后刀面磨损量相对较小,且其径向力和切向力增幅较为缓慢。
进一步对比切削14 min后,两种结构刀具前刀面磨损形貌和切屑形态,如图20a和20b所示,发现渐变倒棱刀具前刀面磨损区域面积较大,深度较浅,产生的切屑扭曲变形较小且平直,这些特点反映出其刀屑间摩擦作用减轻,排屑状况较为理想。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图11) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图11)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34155952.png)
对比图20c和20d所示的两种结构刀具后刀面磨损形貌可知,渐变倒棱刀具后刀面磨损较均匀,而定值倒棱刀具后刀面则出现明显的边界沟槽磨损带,这是由于渐变倒棱刀具具有良好的排屑性能,切削过程中材料极少在刃区堆积并分流至后刀面,从而对后刀面的摩擦作用有所减轻,并且传导来的切削热明显减少,最终导致其磨损程度相对较低,此时工件加工表面的质量更为理想。
06综合评价
1.提出了渐变倒棱切削刃口结构,设计了渐变倒棱PCBN刀具,建立了渐变倒棱刀具刃线数学模型,并对所建立的刃线模型进行数值模拟。
2.针对渐变倒棱PCBN刀具结构,结合端面磨削方式和化归思想,提出了逼近式包络磨削轨迹规划。通过轨迹仿真得出磨削次数大于等于8次时,磨削效果差别不大。
3.进行了渐变倒棱PCBN刀具磨削试验,提出了刀具刃口缺陷、倒棱宽度和角度等参数制备精度检测方法,完成了对所开发刀具磨削精度的定量评价。
4.结合磨削仿真优化及刀具制备精度检测结果可知,磨削次数对刀具制备精度影响较大,磨削次数为8次时,刀具品质达到最优。
5.与定值倒棱刀具相比,渐变倒棱刀具具备了更为优异的切削性能,其排屑和刀具抗磨损能力均得到了明显提升。
本文摘选:哈尔滨理工大学陈涛老师《渐变倒棱PCBN刀具设计制造及磨削精度检测》
曲轴加工工艺-滚压篇
滚压
工艺原理
滚压加工
是将高硬度且表面光滑的滚柱与金属表面滚动摩擦接触,使被加工金属的表面层发生局部微量的塑性变形并改善表面粗糙度和材料综合力学性能的塑性加工方法。
与切削加工不同,滚压是一种不去除材料的塑性加工方法。
被滚压加工的工件不仅可以瞬间提高表面质量,而且加工面硬化后,其耐磨性得到提高的同时,疲劳强度也会增加30%左右,具有切削加工中无法得到的优点。
由于可简单并且低成本地进行零部件的超精密加工,日益被以汽车产业为首的精密机械,化学,家电等产业广泛采用,发挥了很大的优势。
曲轴滚压工艺
曲轴滚压加工内容是所有轴颈(所有主轴颈和连杆颈)沟槽圆角。
曲轴为什么需要滚压?
曲轴在工作中承受交变载荷,主轴颈和连杆颈圆角过渡处,属于曲轴强度的薄弱环节,轴颈与曲柄臂过渡圆角在切削或磨削加工后的刀痕存在应力集中,长期的高速旋转运转和较大的交变负荷应力将有可能造成曲轴圆角处产生裂纹或断裂。
这样会造成曲轴结构的增大和重量的增加,不仅使材料的利用率低,同时也增加了发动机的重量,使发动机燃油经济性差。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图12) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图12)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ3451A40.png)
针对以上问题,滚压技术则可以完美解决。
经过滚压加工后,可以在曲轴轴颈表面留下一层表面硬化层,不但可以提高表面质量,还可以形成残余压应力,提高曲轴抗疲劳性能。
滚压工艺参数
滚压工艺的主要参数是滚压力。
滚压力大小的设定,主要取决于工件的材料、圆角的大小和发动机最大爆发压力。
滚压力太小会削弱曲轴强化的效果,滚压力太大则会压溃曲轴表面,降低曲轴的疲劳强度。
滚压力的产品要求是一个范围,可通过疲劳试验进行最优滚压力的验证。
疲劳试验通常包括单步试验和阶梯试验两部分。
单步试验
主要是通过对少量曲轴工件、进行特定工作状态循环次数(通常大于20万次),分析验证曲轴的动态耐久性能。
阶梯试验
则是对较多曲轴工件(具有统计学意义,例如30件以上)、进行特定工作状态循坏次数(数量略少于单步试验),分析曲轴的产品的性能。
产品图纸的滚压力要求,是针对单一沟槽、带角度要求的滚压力。
1、设备上设定的滚压力,是根据产品图纸要求转换的力值,如下图所示。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图13) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图13)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34539512.png)
2、设备校核压力:维修标定压力传感器时使用的设定压力,用外接的测力计来检查压力传感器是否准确。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图14) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图14)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ3455B45.png)
滚压
工艺过程
1、工件定位
以曲轴芯轴端和法兰端的中心孔进行轴向定位,角向定位则是使用激光探测(如下图所示)1#连杆颈P1(最靠近曲轴芯轴端的连杆颈)顶端。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图15) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图15)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34621K4.png)
2、夹紧驱动
夹紧法兰端外圆,使用两点夹紧的浮动卡盘。
3、预夹紧
滚压臂闭合、以低压预夹紧曲轴工件。
4、滚压前测量
测量工件来料主轴径跳动,如果超过跳动预警值,机床报警不滚压此工件。
5、“A-B-C” 完成滚压
A圈升压到最终滚压力,B圈保持最终滚压力,C圈降压到预夹紧压力。
6、滚压后测量
测量滚压后工件主轴径跳动。
7、校直
如果跳动超过设定要求,则需要进行校直。校直后再次测量跳动值,并可以重复校直,但次数也是有限制的,一般设定为3-5次,超5次设备报警。
8、打标
合格工件特定上打标。
常见设备品牌
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图16) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图16)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34A4N9.png)
滚压设备的监控功能主要包括滚压力监控和刀具监控。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图17) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图17)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34G4J9.png)
1、滚压力监控:
通过压力传感器实时记录滚压过程中的力值变化,与设定的压力差值不能大于报警值,否则设备会报警。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图18) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图18)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34I1955.png)
设备上资源管理器内可以打开所有工件对应的TD/PD文件,TD记录了滚压力的跟踪图形,PD记录了跳动等数据,方便检查、分析问题。
2、刀具监控
刀具监控分为三个维度(方法):
方法一:频率与振幅,侧重于刀具状态。
方法二:位置与振动,侧重于工件状态。
方法三:直径,主要监控来料直径的差异。
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图19) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图19)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34K23Q.png)
常见刀具类型
![倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图20) 倒棱新结构:渐变倒棱-性能评价篇(图20)](/uploads/ueditor/20220818/1-220QQ34POZ.png)