高速钢车刀成形塑料工艺参数的优化范文

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《塑性工程学报》2016年第二期

摘要：

采用UG软件对成形塑料尼龙的高速钢车刀进行建模，并设计出特定形状的高速钢车刀。利用FANUC系统CK6140S数控车床对塑料尼龙材料进行塑性成形试验，观察塑料尼龙在特定成形参数条件下成形的运动效果及形态。利用CV3200轮廓度测量仪对成形的塑料尼龙表面进行轮廓度测量。分析通用型高速钢（W18Cr4V）车刀在不同的切削进给速度与切削深度下塑料尼龙工件的成形质量，得出最佳的切削进给速度为0．2mm•r－1、切削深度为5mm。结果表明，合理选择塑料成形刀具的材料、进给速度与切削深度，可使塑料尼龙成形呈规则完美的卷屑状，表面轮廓度与理论轮廓贴近吻合，实现塑料尼龙的高效率成形。

关键词：

高速钢车刀；塑料尼龙；切削厚度；进给速度；轮廓度

现代工业技术的发展对工程材料的应用提出了越来越高的要求，采用塑料类零件代替钢、铜和铸铁等零件的优势日益明显。塑料尼龙以其在机械性能、耐腐蚀性、耐热性方面的优点，在机械行业应用日益增多［1］，如轴承、机床、轴承保持器、传动蜗轮、齿轮、螺母等。尽管这些零件大多数是用注塑方法制成的，但是在一般情况下必须经过机械加工的方法获得精确而又经济的零件，如切除塑料零件的浇口、冒口、飞边等［1］。高速钢刀具耐冲击性好，具有良好的综合性能。本基于自行设计的特殊形状高速钢车刀，研究塑料尼龙材料在高速切削过程中的切屑形态、工件轮廓度的变化情况，探讨高速加工的切削参数对塑料尼龙工件质量的影响。

1特型高速钢刀具的设计

机械加工过程中刀具、切削用量、切削三要素的选择会直接影响塑料尼龙的加工质量，所以在加工之前要选择合理的方式对刀具进行设置，如图1所示。结合刀具设计的流程设计出既能合理切削塑料又能保证加工高效率的特殊形状高速钢车刀［2］如图2所示，该车刀能很好的进行塑料尼龙的加工。

2切削试验与分析

安装设计的特型刀具，设置主轴转速，调整工艺参数，切削工艺参数设置如表1所示。利用FANUC系统CK6140S数控车床对塑料尼龙材料进行切削试验［3］，如图3所示。

2．1刀具进给速度的影响

2．1．1刀具进给速度对工件塑性切屑形态的影响刀具的移动速度V和工件主轴转速S存在着一定的关系V（mm•min－1）＝S×Vf。选择主轴转速S＝1600r•min－1、切削深度Δd＝5mm，在CK6140S数控机床上采用高速钢刀对塑料尼龙进行车削试验。图4所示为不同进给速度下的切屑状态。当进给速度由Vf＝0．1mm•r－1增加到0．3mm•r－1时，变形情况由原来的卷状逐渐发展为挤压螺纹状，即变成崩碎状切屑。崩碎状切屑的塑性状态切削应力大，工件与刀具的挤压力也加大，刀具磨损瞬间加剧，从而影响刀具的使用寿命［4］。实际加工过程中，为延长刀具的使用寿命，完成高速切削，尽可能的选择主轴转速S＝1600r•min－1，进给速度Vf＝0．2mm•r－1，使得变形形态为卷状。

2．1．2刀具进给速度对工件表面轮廓的影响为了研究塑料加工表面轮廓曲线随着刀具进给速度Vf的变化趋势，利用CV3200轮廓度仪对加工成型的塑料尼龙进行轮廓度测量。在相同的测量范围及测量参数下进行测量，得到不同刀具进给速度情况下，工件实际表面的轮廓变化曲线，并将曲线导入CAD软件中，对工件的实际轮廓和理论设计的轮廓进行比对，结果如图5所示［5］。从图5中不难看出，随着进给速度Vf的增大，工件表面轮廓曲线逐渐脱离理论轮廓，曲线的变化比较明显，这是因为，在主轴转速S一定的情况下，随高速钢车刀切削速度Vf的变化进给速度F也会变化，根据轮廓曲线综合分析，切削速度Vf较大，塑料尼龙加工表面轮廓与理论轮廓吻合，当0．2mm•r－1＜切削速度Vf＜0．3mm•r－1，随切削速度Vf增加，塑料尼龙的轮廓越来越脱离理论轮廓。

2．2刀具切削深度的影响

2．2．1刀具切削深度对切削形态的影响图6所示为主轴转速S＝1600r•min－1，切削深度ap＝3mm和ap＝7mm时的切屑形态。从图中可以看出，当切削深度ap＝3mm时工件的切屑形态比较薄且细小，并且向刀具后方均匀分布并排出。当切削深度ap＝7mm时工件的切屑形态较厚重，而且工件表面有挤压变形的趋势，切屑的排布方向是缠绕在工件表面和刀具表面，容易绕刀和转入主轴，摩擦已加工成型的工件表面，影响刀具的正常加工。大切削深度也容易形成大量的切削热，将塑料尼龙底部硬化而导致粘刀和积削瘤的发生，影响刀具使用寿命。从切削效果综合考虑，适中的切削深度有利于塑料尼龙切屑脱落及及时排出，减少切削对高速加工的影响和干扰［6］。

2．2．2刀具切削深度对工件表面轮廓的影响如图7所示，随着切削深度ap的增大，工件表面轮廓曲线逐渐脱离理论轮廓，曲线的变化比较明显，根据轮廓曲线综合分析，切削深度ap增大，切削力F也随之增大，塑料尼龙加工表面塑性变形增大，塑料尼龙出现弯曲变形现象，轮廓与理论轮廓不吻合，所以应选择适中的切削深度来保证工件轮廓度。

3结论

1）通用型高速钢（W18Cr4V）车刀在切削塑料尼龙的时候，在主轴转速S＝1600r•min－1的情况下，采用0．2mm•r－1＜刀具进给速度Vf＜0．3mm•r－1、5mm＜切削深度ap＜7mm时切屑形态好，有利于切屑向工件及刀具后方排出脱落，促进塑料尼龙切削过程顺利进行。2）在主轴转速S＝1600r／min的情况下，采用刀具进给速度Vf＝0．2mm•r－1、切削深度ap＝5mm，工件切削加工完成后的轮廓最贴近理论轮廓，保证了工件加工的轮廓度精度要求。3）在实现塑料尼龙的高速切削时，切削深度、刀具进给速度的选择在保证工件轮廓度精度要求、工件切屑脱落的前提下，选择较大的切削深度和进给速度，保证了高速切削的同时也满足高速切削质量的要求。

参考文献

［1］李瑞芬．塑料的机械加工［M］．北京：化学工业出版社，2014

［2］王胜，程远，巫少龙．基于塑料尼龙加工的内外圆两用车刀设计［J］．机械工程师，2014（6）：67－68

［3］宋玉华，张凯锋，王仲仁．塑料板材热成形过程三维温度场的有限元分析［J］．塑性工程学报，1998．4（5）：38－40

［4］王义强，闫国琛，邱红钰等．刀具形状及工艺参数对模具钢NAK80高速切削过程的影响［J］．兵器材料科学与工程，2015．38（2）：5－9

［5］林伟，涂俊翔．高速钻削碳纤维符合材料加工参数对入口分层的影响［J］．现代制造工程，2015（2）：12－17

［6］秦文瑜，卢曦，高文贵等．无芯棒式旋锻工艺参数对传动轴表面质量的影响［J］．塑性工程学报，2014．21（6）：16－18

［7］路家斌，李顺，阎秋生等．圆盘剪刀过程硬质合金圆盘刀磨损及其对分切质量的影响［J］．塑性工程学报，2014．21（6）：118－119

作者：王胜 单位：衢州职业技术学院 机电工程学院