麻花钻后刀面线切割成形装置的设计

国际金属加工网 2016年12月12日

成果简介:

针对麻花钻锥面后刀面刃磨装置的复杂性以及现有砂轮刃磨存在的问题,基于麻花钻后刀面刃磨理论的研究成果,提出了一种新的麻花钻锥面后刀面刃磨方法—数控电火花线切割刃磨方法,即用线切割成形代替砂轮刃磨。研究了麻花钻锥面后刀面线切割的成形原理,建立了麻花钻线切割成形方法的数学模型;确定了成形装置的运动方案和装置的二维三维模型图,最终设计了成形加工装置的数字样机模型,并进行了运动仿真分析,确定了运动方案的可行性;进行了模拟线切割试验,分析了电参数对成形过程的影响,选择了合适的电参数。此装置可以实现后刀面刃磨,且结构简单,易于操作,克服砂轮刃磨易烧伤等缺陷,对超硬材料麻花钻锥面后刀面刃磨加工具有重要的研究意义。

成果内容提要:

主要观点:在现代制造业中,麻花钻是应用最为广泛的孔加工刀具,尤其在以汽车航空等孔加工占重要比重的制造业中。在钻削过程中,后刀面的磨损最为严重,后刀面的合理刃磨直接影响加工质量、效率以及麻花钻本身的使用寿命。目前常用的麻花钻后刀面刃磨方法有锥面刃磨法、螺旋面刃磨法等,但是都存在着刃磨参数多、刃磨机结构复杂等问题,并且采用砂轮刃磨,存在钻头易烧伤、小尺寸钻头不易刃磨等问题。

电火花放电加工是利用电极和工件之间脉冲放电时产生的热能,熔化或气化工件材料,从而实现材料蚀除的加工方法。国内外学者对电火花放电加工刀具技术开展了大量试验研究,特别是对特殊刀具材料,例如聚晶金刚石(PCD)、绝缘工程陶瓷等,其中英国伯明翰大学的T.B.Thoe等人的研究成果较具代表性。也研制设计了许多采用电火花线切割工艺刃磨刀具的装置,例如国产CNC100型电火花磨削机以及英国Engis公司的Microspa系列,英国Vectaspark公司的Vectaspark300电加工磨床等,利用这些装置即能提高加工效率也可以获得较好刃口质量。电火花加工作为一种特种加工方法,可以进行各种难加工材料的加工,具有无切削力、排屑方便,且加工余量小,加工精度高,生产周期短,制造成本低等突出优势,因此得到广泛的应用。

采用电火花线切割成形 (WEDM)加工的方法,刃磨锥面后刀面麻花钻,取代砂轮刃磨,设计新型后刀面刃磨装置,加工时,只需将该装置放置到现有的线切割机床上,进行试切定位,线切割机床的电极丝以一定的角度姿态摆放,参数调整及加工运动由该装置实现。

根据麻花钻后刀面成形原理,为形成锥面后刀面,即麻花钻的后角、横刃斜角等几何参数,需要实现4个成形参数的调整,即砂轮刃磨时的刃磨参数,分别是锥顶半角δ(后刀面所在锥面的半锥角)、轴间角θ(后刀面锥面轴线与麻花钻轴线夹角)、锥顶距A(后刀面锥顶到麻花钻轴线距离)、偏距e(后刀面锥面轴线与麻花钻轴线间距离),且δ与θ之和为麻花钻顶角的一半。对于标准麻花钻,其顶角为118°,则成形参数可简化为A、e、δ。由于需要调整的参数比较多,加工的空间锥面所需的机床运动很复杂,需要多轴加工。考虑到线切割机床的加工特点、装置的简化程度以及参数之间的影响,把刃磨参数进行分配,调整电极丝的倾斜角度,与Z轴保持δ的角度,其余参数均由成形装置进行调整,这样既可以实现参数的调整,简化加工装置,还能保证加工精度。

创新点:麻花钻锥面后刀面的成形,利用电火花线切割代替砂轮刃磨,解决了原有的刃磨参数多,刃磨机构复杂、钻头易烧伤等问题,同时提高了麻花钻后刀面的成形效率和质量。

实践意义:影响线切割加工材料表面质量和切割速度的主要电参数有脉冲电压、脉冲宽度、脉冲间隙等,切割不同的材料,所选择的电参数也不同。麻花钻的材料有高速钢、硬质合金等。模拟麻花钻锥面后刀面线切割成形装置的切割过程,采用DK7732型中快走丝电火花线切割机床,研究脉冲电压和脉冲宽度对后刀面加工表面质量和切割速度的影响,选择合适的电参数,得到符合要求的后刀面加工质量和切割速度,这对超硬材料麻花钻锥面后刀面刃磨加工具有重要的研究意义。


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