在金屬切削加工中,車工是一個非常重要的工種。一個車工三分靠手藝,七分靠刀具,刀具刃磨質(zhì)量的好壞直接影響到工件的加工質(zhì)量,這說明了刀具刃磨在機械加工中是相當(dāng)重要的。
在刃磨硬質(zhì)合金刀具時,由于其刀具材料具有刀片較脆、導(dǎo)熱性差、硬度高等特點,如果采用數(shù)控工具磨床機械刃磨,設(shè)備價格昂貴,刃磨時較容易產(chǎn)生裂紋,磨損后不易修復(fù)。所以,采用普通砂輪進行手工刃磨,適合現(xiàn)在機加工實習(xí)教學(xué)需求和實際情況。在手工刃磨時,采取正確的刃磨工藝和方法,可磨出刀具的刀刃、角度、刀面、斷屑槽等,可有效減少或避免刃磨裂紋的產(chǎn)生。雖然手工刃磨對實習(xí)老師和學(xué)生來說是比較辛苦,但它不但提高老師刃磨刀具技能水平,而且可有效培養(yǎng)學(xué)生實習(xí)刃磨車刀的實踐能力。
1.1 刀具組成
車刀由刀頭和刀體兩部分組成,刀體的作用是把車刀裝夾在刀架上,起到固定作用。90°外圓車刀刀頭具有“一尖兩刃三面”的特點,即刀尖、主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面、副后刀面等(如圖1所示)。
圖1 外圓車刀
1.2 刀具幾何角度
圖2 車刀的主要幾何角度
刀具的幾何角度較多,如圖2,其中主偏角(κr)、副偏角(κr′)、前角(γo)、后角(αo)、刃傾角(λs)是主要的幾何角度。但在實際工作中,只要掌握前角、后角、主偏角、刃傾角和主切削刃即可。
目前磨刀砂輪主要有白色氧化鋁(Ar2O3)和綠色碳化硅(SiC)兩種,它們是金工實習(xí)教學(xué)較常用的磨刀砂輪。由于刀具材料不同,必須選擇合適砂輪刃磨車刀。Ar2O3砂輪的韌性好、比較鋒利、磨削時發(fā)熱少,但砂粒硬度較低,所以用來刃磨高速白鋼車刀和硬質(zhì)合金刀桿部分。SiC砂輪硬度高、切削性能好,但較脆,所以適合用來刃磨硬質(zhì)合金刀。
粗磨刀具應(yīng)選用粗砂輪,精磨時應(yīng)選用細砂輪,通常選用φ250mm砂輪來刃磨車刀,磨刀前首先用金剛石筆對砂輪外緣凹凸面進行修整。
在機加工實習(xí)教學(xué)工作中,實習(xí)教師要懂得刀具切削基本原理和刀具幾何角度的理論知識,更重要的要掌握刃磨刀具的基本磨刀技術(shù)。刀具刃磨分為機械刃磨和手工刃磨,因手工刃磨方便靈活,對磨刀設(shè)備要求不高,所以手工刃磨是最基本的刃磨方法。根據(jù)筆者的刀具刃磨經(jīng)驗,現(xiàn)以90°硬質(zhì)合金(YT15)外圓車刀為例,介紹車刀刃磨工藝及其方法。
3.1 刃磨車刀工藝
車刀刃磨分為粗磨和精磨。粗磨時,先刃磨主后刀面,同時磨出主偏角和主后角;再刃磨副后刀面,同時磨出副偏角和副后角;最后刃磨前刀面,同時刃磨前角;精磨時,先修磨前刀面,再修磨主后刀面和副后刀面,最后修磨刀尖圓弧。對于角度要求較高的刀具,要用萬能量角器進行檢測刀具角度,保證正確的刀具幾何角度。
3.2 刃磨車刀的方法
采用氧化鋁砂輪先磨去車刀前面、后面上的焊渣。粗磨主后刀面和副后刀面的刀頭部位。刃磨時,車刀翹起比刀體上的后角大2°~3°,并稍微高于砂輪中心的水平位置處刃磨,然后再刃磨刀頭上的主后角和副后角。
需用碳化硅砂輪粗磨刀頭上主后刀面,磨主后刀面時,將刀體向砂輪方向傾斜一個比主后角大2°,同時刀柄應(yīng)與砂輪軸線保持平行。刃磨時,先把車刀已磨好的后刀面靠在砂輪的外緣,開始刃磨時應(yīng)在接近砂輪中心水平位置,然后使其刃磨位置向砂輪靠近,并作左右緩慢均勻的移動,當(dāng)后刀面磨至刀刃處停止,這樣可同時磨出主偏角90°和主后角。
粗磨刀頭上的副后刀面,磨副后刀面時,刀桿尾部應(yīng)向右轉(zhuǎn)副偏角一定角度,同時車刀底平面向砂輪方向傾斜一個比副后角大2°。具體刃磨工藝與粗磨刀頭上主后刀面一樣,只不過粗磨副后刀面時砂輪應(yīng)磨到刀尖處為止,同時可磨出副偏角κr′和副后角αo′。粗磨前刀面刀體尾部下傾,按前角大小傾斜前刀面,使切削刃與刀體地面平行或傾斜一定角度,使前刀面自下向上慢慢接觸砂輪,并在磨前刀面同時磨出前角γo。
刃磨卷屑槽、卷屑槽是切削塑性材料的關(guān)鍵。如果卷屑槽刃磨得不好,切削時不易斷屑,會不斷纏繞在工件或刀具上,這樣會刮傷已加工的表面,影響到正常切削,嚴重的可能會發(fā)生安全事故。在刀具前刀面刃磨卷屑槽是便于切削時,屑由于切削產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力不斷變形而折斷。刃磨之前,需將用修砂輪的金剛石筆修磨SiC砂輪,使砂輪的外緣均勻平整。刃磨時,刀頭應(yīng)垂直向上或向下刃磨。
精磨主后刀面和副后刀面,精磨前要用金剛石修磨細SiC砂輪,保持砂輪平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。刃磨時將車刀底平面靠在調(diào)好的托架上,然后刀刃輕微地靠在砂輪的外緣上,并沿砂輪外緣緩慢地左右移動,使砂輪磨損均勻、車刀切削刃平直光滑。
刃磨負倒棱,主切削刃起到刀具主要切削加工工作。為了改善其切削受力和散熱問題,應(yīng)提高主切削刃的強度,一般常在車刀的主切削刃上磨出負倒棱。負倒棱的角度一般為-5°~-10°,其寬度b約為為0.6f,f為走刀量。對于硬質(zhì)合金車刀,需采用較大前角及其切削強度、硬度極低的材料,應(yīng)不適合采用負倒棱。刃磨負倒棱時,為了保證切削刃的質(zhì)量,采用直磨方法用力要輕微,要使主切削刃的后端向刀尖方向擺動。
刃磨過渡刃,過渡刃有直線形和圓弧形兩種。刃磨圓弧形過渡刃時使刀具左右擺動,刃磨直線形過渡刃時使刀具自下向上。在砂輪上手工刃磨刀具,若其切削刃不夠平滑光整。用這樣的刀具車削時,不僅會直接影響到工件的表面粗糙度,還會降低刀具的使用壽命率。手工刃磨后的硬質(zhì)合金車刀須用細碳化硅油石來回移動研磨其刀刃,以免車刀在切削過程會產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。
(1)在磨刀前,要嚴格檢查砂輪是否完好,安裝砂輪應(yīng)保證牢固、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
(2)刃磨車刀時,磨刀者應(yīng)站在砂輪的側(cè)面,不要正對砂輪,以免磨粒飛進眼中;兩手握車刀時要平穩(wěn),用力不能過大,要不斷左右移動,使車刀受力均勻,防止硬質(zhì)合金車刀產(chǎn)生裂紋。
(3)刃磨車刀時應(yīng)自下而上緩慢接觸砂輪,刀具刀頭上端部位與砂輪接觸時要快速脫離,否則會碰傷已磨好的刀刃。
(4)刃磨高速白鋼刀須時常把車刀放到水中冷卻,防止車刀因溫度升高而退火;刃磨硬質(zhì)合金車刀只須將發(fā)熱后的刀桿放到水中冷卻,注意刀頭處不能放到水中,避免刀頭發(fā)生裂紋。
正確理解刀具組成和刀具幾何角度,是正確刃磨車刀的前提。刃磨好的車刀,要在車床上加工試驗,隨時觀察切削情況。只有反復(fù)練習(xí)刃磨,才能掌握車刀的刃磨工藝和方法,合理的刀具刃磨工藝有利于保證工件的加工質(zhì)量和提高機加工實習(xí)的教學(xué)質(zhì)量。