DT4C电工纯铁磁性零件端面深槽的加工

中航工业郑州飞机装备有限责任公司 (河南 450005) 艾心灵 何明辉 谷万淼

DT4C电工纯铁磁性零件端面深槽的加工

中航工业郑州飞机装备有限责任公司 (河南 450005) 艾心灵 何明辉 谷万淼

在以DT4C电工纯铁为材料的某磁轭类零件上，端面槽深18 mm，宽5.15 mm，如图1所示。加工端面深槽时，切削力较大，排屑比较困难，切槽刀易产生振动、崩刃，甚至折断等现象，该零件因DT4C电工纯铁材料软、粘刀，使得此类问题更为突出。因此，制定合适的加工方案并设计结构合理的刀具是DT4C电工纯铁磁性零件端面深槽加工的关键。

图1 零件端面深槽尺寸

1.切削工艺分析

(1)端面深槽的加工特点分析 端面沟槽加工，具有较大的技术难度，特别是加工较深的端面沟槽，切槽刀容易产生振动和折断，工件也容易产生振纹等现象，很难保证工件的尺寸精度和表面质量。如图1所示，该零件为典型端面深槽类，切削难度大。利用车床加工端面深槽时，由于刀具和工件的切削形式是线切削，因而容易产生较大的切削力，同时加工时排屑比较困难，切槽刀易产生振动、崩刃，甚至折断等现象。通过分析，车床上加工端面深槽时，刀具的结构合理选用和设计以及排屑是关键。

(2)DT4C电工纯铁的切削分析 DT4C电工纯铁钢质纯净度高，电磁性能好，常用于精密零件的制造，但该材料特性软，在切削加工时容易出现“粘刀”现象，切削过程中刀具磨损较为严重，以其为材料的精密零件的制造难度很大。加工时，应通过选择合理的刀具角度来提高刀具的锋利程度，从而降低切削力，使切削更加畅快。若利用硬质合金刀具高速加工较困难，而用高速钢刀具低速加工比较安全、可靠，能保证零件有好的切削性能和表面粗糙度。

(3)传统的端面切槽刀及其弊端 传统的端面切槽刀可由高速钢刀具刃磨而成，端面切槽刀的刀头部分长度=槽深+(2～3)mm，刀宽根据需要刃磨。这些刀具要求主刀刃与两侧副刀刃之间对称平直，其中加工内孔一侧的左副后刀面的圆弧半径R必须小于端面槽的大圆弧半径，如图2所示。在加工端面深槽时，刚性和强度较差，刀具易折断。

图2 一般端面切槽刀

2.刀具的选择与设计改进

在端面上切直槽时，切槽刀的左刀尖相当于车削内孔，右刀尖相当于车削外圆，因此其几何形状是外圆车刀和内孔车刀的综合。

(1)自制改进的粗加工刀具 根据端面槽加工的难点和DT4C电工纯铁的材料特性，对刀具结构进行改进，粗加工由原来的单刃车削改为空心立铣刀圆周多刃车削。针对该零件可采用报废立铣刀，退火后，中心钻出φ14 mm内孔，再淬火至刀具硬度，铣刀外径磨削至φ23.6 mm，倒锥2°～3°，内孔磨至φ14 mm，倒锥2°～3°，端面磨平。因立铣刀加工中作旋转运动，各主切削刃相对存在角度，在卧式车床上使用时，零件旋转刀具固定，零件加工时易排屑。刀具如图3所示。

图3 空心端面槽刀

它有以下改进特点:一方面刀体为空心立铣刀，柄部为莫氏锥度，便于刀具的定心和稳定。主刀刃位于立铣刀的端面，副刀刃为空心铣刀的内、外径，利于增强刀体强度，提高刀具抗冲击力，沿刀体端面和圆周均匀设置刀刃，以及刀具的加工、刃磨和测量。另一方面刀刃数量为3～4齿，螺旋槽平均分布在圆周上，切削力平均分配在多个刀刃上，刀刃受力均匀，为增加刀刃的锋利度，在各主刀刃上错开磨出分屑槽，采用0°刃倾角，使切屑更容易沿各螺旋槽排出，当退刀时还可以带走更多的切屑，减少因切屑堵塞引起的刀具损伤。

该空心端面槽刀加工DT4C材料时，因断屑性能差，不宜采用自动进给，可通过手动钻削控制断屑和排屑。

空心铣刀制作时应注意:一方面铣刀选择不宜太小，铣刀圆柱体部分 =端面槽小径 +(4～5)mm，使刀具最小壁厚不小于2 mm，以保证刀具的强度;另一方面要保证刀体端面各主切削刃相交于刀体中心，各主刀刃上错开磨出分屑槽，减小轴向切削抗力。

通过分析和加工试切，该空心槽刀的刚度和强度可以满足零件的要求，8 h可加工60～80件，效率成倍提高。但因零件材料DT4C电工纯铁的特性，空心铣刀加工中磨损较快，且钻出的端面槽表面质量较差，不适于精加工。

(2)端面深槽的精加工刀具 端面切槽刀属深槽加工刀具，除要求有一定的切削强度，同时还要考虑加工过程中刀具后角是变化的，要优选一个合适的后角。深槽车削排屑比较困难，除选用合适的前角外还要有排屑流畅的圆弧，让切屑顺利排出。

采用高速钢刃磨精车刀，端面切槽刀的刀头部分长度=槽深+(2～3)mm，刀宽根据需要刃磨，如图4所示。要求主刀刃与两侧副刀刃之间对称平直，其中加工内孔一侧的副后刀面的圆弧半径R必须小于端面槽的大圆弧半径，使另一侧加工外圆的副后刀面的圆弧半径R大于端面槽的小圆弧半径，防止刀具与端面槽孔壁干涉，提高刀具的刚性和强度，进行端面槽的精加工。

图4 精加工的端面切槽刀

3.切削参数的确定

(1)粗加工设备采用CA6140卧式车床，因刀具材料为高速钢，适于低速切削，选用400～500 r/min;粗钻时采用手动进给，切削中根据排屑情况确定进给速度和退刀，切削时，应充分加注切削液。

(2)精加工设备采用数控车床，车孔时vc=25～30 m/min，车轴时vc=30～35 m/min，ap=0.1～0.2 mm，f=0.1 mm/r。为减小刀具磨损，采用切削油润滑冷却。

4.结语

DT4C电工纯铁磁性零件，料软、粘刀，使刀具磨损较快，精度难于保证，尤其是在加工端面深槽时，极易断刀。通过对端面深槽切削特点进行分析，并结合DT4C电工纯铁材料加工特性，设计改进粗加工切槽刀的结构形式，确定了这种空心立铣刀在端面深槽切削中的应用，改进了精加工刀具，优化切削参数。经实践，有效提高了DT4C电工纯铁磁性零件上端面深槽的加工生产效率，满足该零件切削加工要求，解决了该类零件端面深槽的加工难题，对同类零件的加工有良好的借鉴和参考。

20131217)