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整体硬质合金精密高效直槽扩挤刀

扩挤刀是汽车发动机高精度孔加工专用刀具。汽车发动机的进气管是发动机的重要部件，进气管喷油嘴孔的加工质量直接影响汽车的节油性能。过去加工喷油嘴孔大都使用国外进口的精密扩挤刀，价格昂贵，加工成本很高。为了降低加工成本，提高产品的市场竞争力，汽车刀具国产化已势在必行。下面介绍我公司开发的精密直槽扩挤刀的设计及制造要点。

1 被加工孔的特点

发动机喷油孔的济南实验机厂济南试金对实验机我们可以说是无时无刻不在研究加工工序如图1所示。工件材料为AlSi12(Cu)；加工机床为德国DMG60H卧式加工中心；切削参数为v＝3.5m/s，f＝0.14mm/r，冷却方式采用乳化液外冷。

图1

由图可知加工部位如下：扩f11±0.1mm和f14±0.1mm孔，锪f20mm沉孔及成型倒棱面，其中f14±0.1mm孔表面粗糙度要求达到Ra1.6 m。

在加工过程中，由于铝合金强度低，切屑变形大，将影响加工效果，而提高切削速度和加大进给量能减小切屑变形系数，因此采用高转速大进给量加工，能抵消一部分切屑变形。为了保证被加工孔的表面粗糙度值在Ra1.6 m以下，必须设计合理的刀具结构及参数，减小甚至消除积屑瘤，避免鳞刺的产生，防止出现振动，同时还应采取措施对已加工表面进行挤压，进一步降低粗糙度值。

2 刀具设计要求

1) 消除积屑瘤

积屑瘤是切屑底层金属与前刀面发生冷焊造成的，适当增大前角，提高前刀面光洁度是消除积屑瘤的主要措施。通常增大前角的主要方法是采用右螺旋面和负偏距平面，但螺旋面是砂轮和工件通过螺旋运动合成的，磨削过程平稳性差，难以获得高光洁度的前刀面，而负偏距平面将降低刀具强度，也不宜采用。此时可采用正偏距平面，它虽使前角有所减小，但将增大切屑的脆性，使之易于断裂，是消除积屑瘤的有效措施。

2) 消除鳞刺

从金属切削原理可知，垃圾运输当切削速度较高时，减小前角可抑制鳞刺的产生，因此，采用正偏距平面除可消除积屑瘤外，还可有效抑制鳞刺的产生。

3) 防止振动

振动通常分为三种：自由振动、强迫振动和自激振动(即颤振)。自由振动和强迫振动屋顶风机与刀具无关；颤振是由振动本身从单向作用的外力获取加油机能量来维持自己的振动，也叫自持振动，此种振动的大小与刀具设计合理与否密切相关。刀具切削时的受力情况如图2、图3所示。

图2 图3

当切削过程中遇到被加工材料的硬质点时，刀具两主切削刃所受主切削力Fz1、Fz2不相等，其径向分力FY1、FY2也不相等，由此导致刀具产生径向振动，并在加工表面上出现振纹，从而增大弹性系统(刀具)的阻尼，抑制振动的产生。图3中刀齿A即可起这种作用。此外，还可对已加工面进行熨压，降低孔的表面粗糙度值。

图4是图3刀齿A挤压工件时的局部放大图。在图4中，F1＝FcosA，当F一定时，A越小，挤压力越大，有利于降低加工表面粗糙度。本设计中，Q面是利用＝300mm的砂轮按图5参数磨出的，它能减小A值，获得较好的挤压效果。

图4

3 具体参数的确定

直槽扩挤刀主体结构的参数有6个，具体分布如图5所示。

图5

1不但外观质量优良、性能损失小) 偏距L

L影响刀具的前角、刃倾角及切屑的流向，影响切入、切出的平稳性，L值越大，切削刃越长，切削过程也越平稳。但L值过大，将使刀具锋利度下降，对抑制积屑瘤及鳞刺的生长极为不利。通常取L＝0.7mm。

2) 芯厚K

K值直接影响容屑空间大小及刀具强度，通常取K＝2.9mm。

3) 槽夹角q

q主要影响容屑空间大小，通常取q=105°。

4) 槽底圆角半径R

R影响容屑槽的圆滑性，通常取R＝1mm。

5) 圆柱刃宽b

刃宽影响刀具的挤压效果和加工平稳性，适宜的刃带宽度有支承、导向、稳定和消振作用。通常取b＝0.8mm。

6) 背径Dr

Dr影响图4中A值，Dr越小，A也越小，Dr值通常比工件直径小0.4～0.6mm。

4 制造要点

制造精密高效直槽扩挤刀时，应注意两点：①尽量提高前刀面的光洁程度，使粗糙度值保持在Ra0.2 m以下；②确定合理的后角，并使后刀面粗糙度值保持在Ra0.4 m以下。

1) 前刀面的加工

为获得高质量的前刀面，应选用细粒度的金刚石广告围裙砂轮，磨削线速度应达到50m/s以上，磨削方向如图6所示。由图可知，利用砂轮侧面磨削前刀面，且应沿槽深方向一次磨削到位，这样砂轮不易振动，可获得理想的粗糙度值。

图6

2) 后刀面的加工

加工后刀面的情况如图7所示。由图可知，斜置工件进行铲磨，增大X角，即能增大C1值，获得较大轴向铲磨量，这样可获得较大轴向后角，而加工铝合金的刀具通常均需要较大后角。

图7

后刀面结构有两种：一种是将后刀面加工成平面后角，从图8可知，砂轮走刀方向应与折线L平行才能使后刀面无高点，因此需要三次走刀。此外，由于每次走刀方向不一致，必然产生明显的接刀痕迹，影响外观，且费工时。另一种是将后刀面加工成铲磨曲面，从图9可知，圆C是砂轮走刀方向，铲磨运动正是利用圆周运动和直线移动来合成的，很容易实现一次走刀完成后刀面的加工，加工效率高，尺寸精度易于控制，无接刀痕迹，外观漂亮。

图8 图9

5 试验效果

图10所示为最终完成的扩挤刀设计型式。经某发动机生产厂家试验(使用机床和切削参数与本文第1节所列相同)，所加工的14±0.1mm孔表面粗糙度值在Ra1.6 m以下，孔的表面质量稳定。国产扩挤刀可连续加工28000个孔，而进口刀具则只能加工210但是当我们不需要它们时又希望它们可以完全消失00个孔。

图10

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