破损硬质合金铣刀的修复刃磨
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通过分析硬质合金成形铣刀的破损原因,根据报废硬质合金铣刀缺损部位的不同和可利用部位的长短,通过手工刃磨微崩切削刃的破损部位、增加圆弧过渡刃、将报废刀柄改磨成单刀的方法,使报废硬质合金铣刀得以重新利用,提高了使用寿命和铣削效率,大幅降低了加工成本。

1 刀具易破损的因素

成形硬质合金铣刀由于形状公差小而被广泛使用,因不能直接更换刀片,铣刀崩刃后大多做报废处理,极大地提高了加工成本。

1.1 铣削加工材料的属性

在切削钛合金时,由于钛合金的导热性差,切屑容易粘接在刀尖刀刃附近或形成积屑瘤,在刀尖附近的前、后刀面上形成高温区,使刀具红硬性丧失,磨损加剧。在高温条件下的持续切削中,粘结物和熔接物受到后续加工的冲击,在被强迫冲离的过程中会带走部分刀具材料,造成刀具的缺损和破损。此外,当切削温度达到600℃以上时,零件表面会形成硬化硬层,对刀具产生强烈的磨损作用。钛合金弹性模量低,弹性变形大,接近后刀面处工件表面回弹量大,所以已加工表面与后刀面的接触面积大,磨损严重。

1.2 正常磨损

在正常生产加工中,当连续铣削钛合金零件余量达到15mm-20mm时就会出现刀刃磨损严重的情况。继续铣削的效率极低,而且加工件表面光洁度很差,不能满足生产和质量要求。

1.3 操作不当

生产加工钛合金铸件箱体和箱盖等过程中,装夹不合理、切削深度不适宜、主轴转速过快、冷却不充分等不当的操作会导致刀具出现崩刃、破损、折断等情况。这类缺损铣刀除不能进行有效铣削外,还会在铣削过程中因“啃刀”造成加工面呈凹陷状等表面缺陷,不仅影响铣削面的加工质量,严重时还会导致加工件报废。
图1 刃磨过程(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

2 改进方法

2.1 切削刃微崩

切削刃微崩(即轻度破损)的情况最为常见,只需通过砂轮机将切削刃损坏的部分修磨掉,即可实现刀具的重新利用。修磨硬质合金铣刀宜选用碳化硅砂轮,且不可以蘸水磨削,否则硬质合金会因骤冷开裂而完全报废。刃磨过程见图1。图2为新刀具与报废刃磨后刀具的对比。
图2 新刀具与报废刃磨后刀具的对比
经过砂轮机的磨削,刃磨后刀具的有效长度比未使用的新刀具短,但此过程间接增强了刀具刚性,使加工表面质量更好,提高了铣削效率。
由于钛合金铸件毛坯成型后会形成硬而脆的不均匀外皮,极易造成崩刃现象,使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。建议适当加大粗加工第一次走刀时的背吃刀量(2mm-4mm),以控制刀尖在工件表面硬皮之下为宜,防止刀尖直接接触硬皮而出现崩刃现象。
图3 刀头放大图

2.2 改变刀具几何参数

在刀具刃磨过程中,可以通过改变刀具几何参数来提高刀具的使用寿命、加工表面质量和切削效率。图3为刀头放大图。
经过对报废的硬质合金铣刀切削刃部分的研究发现,新刀具的切削刃部分设计存在缺陷,即缺少过渡面和过渡刃。这是导致主切削刃强度不够,从而导致刀具磨损较快,易出现“崩刃”现象的主要原因。
通过刃磨出圆弧过渡平面实现在切削刃部分添加圆弧过渡刀刃,达到增强刀尖强度的目的,既解决了切削刃易磨损、易崩刃的难题,又提高了加工件表面光洁度和铣削效率。同时减小刀尖处的切削厚度,在较小的切削厚度下形成已加工表面,有利于提高铣削面表面粗糙度。此外,还可以修磨出修光刀刃,并使其平行于已加工表面,起到修光表面作用,提高加工表面的质量。通过反复实践,得出不同规格立铣刀相应圆弧过渡刃的半径参数见表1。
表1 常用规格立铣刀圆弧过渡刃(mm)
规格(mm)∅8∅10∅12∅14∅16∅18∅20∅25
圆弧过渡刃半径(mm)0.2-0.50.5-11-1.51.5-22-2.52.5-33-3.53.5-4

2.3 报废刀柄的再利用

刀具经过反复的崩刃和刃磨之后,切削刃部分会被磨削殆尽而只剩下刀柄部分;或者因为使用过程中的操作不当而导致刀具直接从刀柄处断裂。在这种情况下,可以利用刀柄剩余的有效长度经线切割、磨削、热处理等方法加工成成形单刀,使单刀能够在安全有效的装夹范围内使用,既可以利用其铣平面、割槽、倒角,又可以用其进行镗孔等,实现报废刀具的再利用。图4是报废刀柄加工成的单刀。
图4 报废刀柄加工成单刀
为了增加立铣刀刀刃部分的刚性和强度,对相应部分进行热处理以及表面涂层,并对刀具切削刃部分进行特殊处理。借鉴此做法,为了更好地利用破损立铣刀刀柄部分(YG硬质合金)改磨成的单刀,需要通过热处理淬火,将刀具刃部硬度增加到54-57HRC,从而提高刀具的使用寿命。
经过对大量硬质合金报废铣刀进行改进实践和反复使用,现已形成一套完整的报废硬质合金铣刀改磨成单刀的工艺路线:①线切割将刀柄割方;②在砂轮机上刃磨出刀头大致形状;③刃部淬火加热完毕后投入硝盐中冷却,使硬度达到54-57HRC;④精磨出刀头部分,刃磨的一般顺序是:磨后刀面—磨副后刀面—磨前刀面—磨出过渡刃。

3 改进效果

通过手工刃磨的方法使报废硬质合金铣刀成为可再用的加工钛合金材料的专用铣刀,类型可分为圆柱铣刀、普通单刀、T型单刀等。据不完全统计,使用该方法已成功刃磨成形立铣刀约100把,反复刃磨1200多次,且刃磨后刀具的使用寿命较重新磨刃前提高2-3倍。
在实际加工中,使用刃磨好的Walterφ16mm硬质合金立铣刀加工的工件表面光洁度可达Ra1.6。

4 小结

通过分析硬质合金成形铣刀的破损原因,根据报废硬质合金铣刀缺损部位的不同和可利用部位的长短,通过手工刃磨微崩切削刃的破损部位、增加圆弧过渡刃、将报废刀柄改磨成单刀的方法,使报废硬质合金铣刀得以重新利用,提高了使用寿命和铣削效率,大幅降低了加工成本。
本文作者:吕建
原载:《工具技术》
上载于:2017-2-13 15:21:48

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