可加工微晶玻璃的车削特性

张俊峰胡萌吴瑞聪王玉娥

天津航海仪器研究所

摘要:分析了微晶玻璃的材料特性,探讨了此种材料的车削加工性能及加工方法,总结出有效的刀具材料及其角度、切削参数等。

关键词:微晶玻璃,车削,刀具材料,角度,切削参数

Turning Characters of the Machinable Nucleated Glass

Zhang Junfeng Hu Meng Wu Ruic ong et al

Abstract:Analyzes the material characters of the machinable nucleated glass,and its turning ability and machinin g method.

Keywords:Nucleated glass,turning,material,angle,cu tting parameter

1引言

微晶玻璃陶瓷与硅、光导纤维等有着良好的物理、化学相容性,可以在微电子机械系统、光电、非线性光学系统中广泛使用,应用前景非常广阔:可以用作多层电容器、多层感应器、多层微波谐振器和滤波器的介质材料。可加工微晶玻璃是微晶玻璃陶瓷的一种,以下简称微晶玻璃。

加工精度、加工效率的高低对产品的性能及能否进行批量生产有着重要的影响。微晶玻璃属于硬脆性材料,其加工特性、加工方法与常见金属、非金属的加工有很大不同。一般此种材料的加工均采用磨削加工,然而有两个原因要求必须解决此种材料的车削加工问题。第一,磨加工需用工时T d较长,由公式生产率Q=1P T d,只有尽可能地减小工时T d 才能提高生产率Q,保证产品的按时交付;第二,零件结构复杂,部分尺寸无法采用磨削加工,只可采用车削加工完成。

本文结合微晶玻璃陶瓷的特性,从刀具材料、角度、切削参数等各个方面入手,以长度50c m、直径<30cm的微晶玻璃在C616普通车床上的车削为实例,深入分析其切削特性,对比研究多种刀具材料,得出车削加工此种材料所需的各参数。

2微晶玻璃材料特性

微晶玻璃是一类既有玻璃性能,又具有陶瓷性能的复合材料。广义上讲,是指以玻璃为基体的含有微米或纳米晶体的复合材料,是一种近乎理想的均匀多晶材料。微晶玻璃的结构、性能及生产方法同玻璃和陶瓷都有所不同,其性能集中了两者的特点,成为一类独特的材料,所以也称它为玻璃陶瓷或结晶化玻璃。

微晶玻璃在机械强度、表面硬度、热膨胀系数、化学稳定性等诸多方面显示出优异的性能,它具有极低的热膨胀率、良好的尺寸稳定性、较高的机械强度和耐磨性以及极低的透气性,正是因为微晶玻璃的硬度高、耐磨性好,在某种意义上,我们把它的硬度和耐磨性等同起来,也就是说:硬度越高,耐磨性就越好,而切削加工过程中的去除量就越小。加上它不同于一般的金属、非金属材料,导热性极差,加工点附近的温度容易上升。所以,在微晶玻璃的实际机械加工中,面临的主要问题有:

(1)选用何种刀具材料,减少刀具的磨损;

(2)刀具角度有何特点,减小和降低切削力和切削热的增加和升高;

(3)在车削加工过程中选用怎样的切削参数,才能满足加工工艺的要求以及最大限度地提高生产效率,这三点正是我们在微晶玻璃车削加工特性研究探讨中需要重点解决的实际问题。

然而目前此种材料还处于初步应用阶段,国内还没有相关加工工艺的具体报道。本文结合微晶玻璃陶瓷的特性,从刀具材料、角度、切削参数等各个方面入手,以长度50c m、直径<30cm微晶玻璃在C616普通车床上的车削为实例,深入分析其切削特性,对比研究多种刀具材料,得出车削加工此种材料所需各参数。

3刀具的选择

3.1零件分析

零件示意图如图1所示,可知加工工件需外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、钻头,下面仅以外圆车刀为例分析刀具各参数。

3.2刀具材料的选择

合理的选用刀具材料,能有效地减少刀具磨损,

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图1零件示意图

提高刀具加工利用率,因此,首先应了解刀具材料应具备哪些基本性能:

(1)刀具切削部分的硬度必须大于工件硬度;

(2)刀具在高速高温下工作,因此刀具材料必须具有高的耐热性;

(3)必须具备较高的耐磨性。

车刀刀头材料有:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷材料、立方氧化硼及金刚石刀具七种。从降低加工成本角度出发,我们重点采用高速钢和硬质合金刀具,深入研究其车削加工特性。

本次我们在实验分析中选用以下几种典型刀具材料类型以及刀具牌号:

(1)高速钢:W18Cr4V;

(2)硬质合金:

1钛钨钴类:YT15、YT30;

o通用类:YW1;

?钨钴类:YG6、YG6X;

刀具的物理、力学性能如表1所示。

表1

刀具类型

参数

硬度

HRA HRC

抗弯

强度

(兆帕)

冲击

韧性

A k

(兆焦

P米)

弹性

模量

E(104

兆帕)

导热

系数

K(瓦P

米#e)

线涨

系数

A@10-6

(e-1)

(20e

~80e)

密度

Q(g P cm3)

高速钢W18Cr4V78635

34300.2949~9.4

硬质合金钛

钨

钴

类

通

用

类

钨

钴

类

Y T1591781130

0.245

51~

51.933.477.0

11.0~

11.7

Y T30928818850.029

58.9~

59.8

20.92 4.5

9.35~

9.7

YW19280122557.9~

58.9

12.6~

13.0

YG6895751375

0.255

61.8~

62.879.50 4.5

14.6~

15.0

Y G6X91781325

0.196

79.50 4.5

14.6~

15.0

采用各种刀具,试用结果如下:

(1)高速钢

W18Cr4V:刀具急剧磨损,前刀面迅速产生月牙

窝。

(2)钛钨钴类硬质合金

1YT15:刀具磨损很快,40cm工件外圆呈前宽

后窄圆锥状。

oYT30:刀具磨损较快,并且容易使刀具崩刃。

(3)通用类硬质合金

YW1:刀具磨损较小,但容易使工件崩裂。

(4)钨钴类硬质合金

1YG6:刀具磨损较小,但工件尺寸有偏差,尺

寸不稳定。

oYG6X:刀具磨损小,工件加工尺寸较稳定。

综上所述,在对微晶玻璃的实际车削中可以看

出,采用牌号为YG6X钨钴类硬质合金的刀具材料

车削效果较为理想。

3.2刀具角度的选择

经分析、实践,加工刀具角度如图2所示。

图2

由图可知,刀具角度的特点为:

(1)前角C0=-3b,确定负前角为-3b,是这把

刀具的最大特点。原因为:刀具材料的抗弯强度和

韧性较低,加上微晶玻璃材料属于硬脆性非金属材

料,故选择负前角,使其刀刃强度升高,不易崩刃;

(2)后角A0=10b,副后角A c0=10b,之所以选择

较大的后角和负后角,是因为车削时的切削厚度(去

除量)较少;

(3)倒棱C=0.5~0.8,以增加刀刃强度,减少

刀具崩刃;

(4)主偏角K r=30b,适合切深小,工件硬度高;

(5)副偏角K c r=20b,减小副后刀面与加工表面

的摩擦;

(6)刃倾角K S=5b,控制切屑流向,使切屑流向

未加工表面。

4车削参数的选择

(1)转速

96工具技术

1钻孔120r P min;

o车削150r P min;

(2)进给量

1加工外圆0.03mm P r;

o加工端面0.02mm P r。

5选择冷却液

选用合成切削膏,具有以下特性:

(1)具有优良的润滑性,可提高工件光洁度;

(2)具有优良的冷却及洗涤作用,可延长刀具的使用寿命;

(3)不含磷及亚硝酸盐等有害物,属环保型切削液。

参考文献

1南京市金属材料公司.金属材料使用手册.江苏科学技术出版社,1979

2郑文虎,张玉林,詹明荣.难加工材料加工技术问答.北京出版社,2001

3张海军,姚熹,张良莹.微晶玻璃陶瓷的柠檬酸Sol-Gel 合成及其微波性能的研究.黑龙江技术出版社,1990

4孙志焱,梁敏.微晶玻璃加工特性及机理研究.导航与控制,2002

第一作者:张俊峰,工程师,天津航海仪器研究所, 300131天津市

以圆柱体母线定位的偏心轮直接夹紧钻模

王维钟康民

苏州大学

摘要:分别介绍了依据圆柱体母线对板类及轴销类零件进行定位的两种钻模。这两种钻模均以偏心轮为直接夹紧元件,在夹紧过程中,同时利用偏心轮的正压力及摩擦力使工件在互相垂直的二个方向上均能获得可靠定位。由于定位支承元件和夹紧元件均为圆柱形体及其组合,使这两种钻模不仅结构上极为简约,且制造工艺性好。

关键词:夹具,圆柱体,偏心轮,板类零件,轴销类零件

Drill jigs with cylindrical locators and eccentric-cam clamping device

Wang wei Zhong Kangmin

Abstract:Two types of drill jigs locating plate and shaft parts with cylindrical locators are introduced.Eccentric cam i s used to clamp the work-pieces directly in the two drill jigs.The clamping force and friction force caused by eccentric cam push the work -piece against the locators that are posi tioned at90degrees.Because the locators and the clamps are all cylindrical shape or combined cylinders,the two drill jigs are not only simple in structure but also easy to make.

Keywords:jigs and fi xtures,cyli nder,eccentric cam,plate parts,shaft parts

1引言

对各类几何形体构成的零件进行分析对比不难发现,由圆柱体及其组合体构成的零件的制造工艺性较好(大批量生产的球体零件除外)。因此,在夹具设计及机械设计中,如能采用圆柱体及其组合形体代替其它几何形体来构成定位元件、支承元件、夹紧元件或其它零件,将因制造工艺简便而大幅度降低夹具制造成本,显著缩短制造周期。如果设计得当,还能大大简化夹具或机械的结构。用双圆柱或双偏心轮代替V形块,对轴销类零件进行定位的各种夹具[1~4]以及用大半圆孔嵌装圆柱形成盘状凸轮[5]是极好的例证。此外,在参考文献[6]、[7]中发现,美国工程界也普遍采用圆柱体元件对板类及箱体类零件进行支承或定位。

基于上述理念及工程背景和针对板类及轴销类零件的特点,分别设计了两种以圆柱体母线定位、偏心轮为直接夹紧元件的钻模。这两种钻模的定位支承元件与夹紧元件皆为圆柱形体或其组合,因而结构非常简约,制造工艺性极好。

2板类零件钻模

图1是加工板类零件以圆柱体母线定位和以偏心轮为直接夹紧元件的钻模。如图所示,两只支承柱下端以过盈配合安装于夹具底座相应孔中,钻模板通过螺栓固定在支承柱上;偏心轴上下两端以间隙配合安装在钻模板及夹具底座的相应孔中。当工件下平面放置在由4只支承螺钉组成的支承平面(应在装配后一次磨平)上后,通过手柄转动偏心轴使其顺时针方向旋转,则偏心轮对工件的法向正压

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