石墨薄壁件高速銑削加工研究.pdf

1、高速銑削加工技術(shù)在石墨電極生產(chǎn)上的應(yīng)用具有許多優(yōu)勢，不僅可以獲得比常規(guī)加工更高的表面質(zhì)量，而且由于高速銑削的切削力小，有利于加工剛性較差的薄壁零件。但加工變形和斷裂仍是石墨薄壁件高速加工過程中遇到的難題。由于加工變形使加工質(zhì)量下降，而加工工件斷裂直接導(dǎo)致零件報(bào)廢。目前，對石墨薄壁件高速銑削加工技術(shù)研究還不夠深入，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，編程策略和工藝參數(shù)主要還是依靠編程員根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，常會出現(xiàn)加工精度差，崩角崩邊現(xiàn)象頻繁等。

2、因此，本文針對石墨薄壁件高速銑削加工過程中出現(xiàn)的問題，采用理論分析、實(shí)驗(yàn)分析和有限元仿真相結(jié)合的方法，對石墨薄壁件高速銑削時(shí)的加工變形和加工工件斷裂展開研究。 為了更好地研究分析切削力對加工變形和斷裂的影響，本文采用正交實(shí)驗(yàn)分析切削參數(shù)對石墨材料高速銑削切削力的影響，建立了徑向平均切削力經(jīng)驗(yàn)公式，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，每齒進(jìn)給量、軸向切深和徑向切深對切削力的影響都比較顯著，并且都隨切削用量的增加而增加；隨著切削速度的提高，

3、切削力逐漸增加，但增加的幅度不大。 通過石墨薄壁件高速銑削加工變形實(shí)驗(yàn)研究，分析了加工變形對加工質(zhì)量的影響，采用正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)方法研究切削參數(shù)對加工變形的影響，找出了主要的影響因素。研究結(jié)果表明，石墨薄壁件在高速銑削加工時(shí)的加工變形會導(dǎo)致工件出現(xiàn)上厚下薄和工件上端表面質(zhì)量降低；除切削速度外，各切削參數(shù)用量對薄壁件加工變形量的影響都較為顯著；在順銑加工時(shí)，薄壁件加工變形量隨著每齒進(jìn)給量和軸向切深的增大而增大，隨著徑向切削深度

4、的增加而減?。浩渲挟?dāng)徑向切深較小時(shí)(即工件精加工前壁厚較小)加工變形增大的趨勢尤其明顯。因此，為了減小加工變形，建議前一道工序(粗加工)預(yù)留較大的加工余量，使薄壁件在精加工前的原始厚度增加，剛性提高，再以較大的徑向切深一次走刀完成精加工，從而避免讓刀、彈刀等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)石墨薄壁件的高質(zhì)量加工。建立石墨薄壁件高速銑削加工變形的有限元模型，對加工變形進(jìn)行了模擬分析，研究高速銑削加工過程中薄壁件不同位置點(diǎn)在刀具銑削作用下的變形特征。模擬結(jié)果顯示

5、：薄壁件的加工變形沿工件高度方向由下往上逐漸變大，且兩端比中間明顯；沿工件長度方向，加工變形由大逐漸減小，到薄壁件的中間位置時(shí)最小，然后又逐漸增大。因此，最后加工出來的薄壁件總體上看來沿高度方向呈上厚下薄，沿長度方向呈兩端厚中間薄的形狀。切削參數(shù)和加工策略對加工誤差的影響很大，尤其是徑向切深較小時(shí)，加工變形導(dǎo)致的加工誤差較大，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致。此外，采用雙側(cè)銑削的加工策略比單側(cè)銑削的加工變形明顯減小。 采用在線攝影的方法，觀

6、察記錄了石墨薄壁件高速銑削的加工工件斷裂過程。結(jié)果表明，當(dāng)加工的薄壁件厚高比比較小時(shí)，薄壁件加工變形較大時(shí)，回彈過切嚴(yán)重，這是導(dǎo)致加工工件斷裂的原因之一。徑向切深很小時(shí)，在刀具切入瞬間整個(gè)工件可能會從集中應(yīng)力最大的根部斷裂；在采用雙側(cè)銑削加工策略時(shí)，若拐彎進(jìn)給速度過大，在加工薄壁件的末端側(cè)而時(shí)可能會發(fā)生工件斷裂。此外，通過掃描電鏡對斷口形貌的觀察，發(fā)現(xiàn)在薄壁件的刀具切出處的崩角主要是拉應(yīng)力作用的結(jié)果。 在上述研究基礎(chǔ)上，提出了減