徐 華

(廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530001)

由于淬硬鋼自身的延伸率比較小、塑性低，加工后容易得到較高的表面質(zhì)量，所以在模具行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。但是淬硬鋼經(jīng)淬火或低溫去應(yīng)力退火后本身硬度較高，此時(shí)的切削加工性差，在高速銑削過(guò)程中容易造成刀具磨損、破損等現(xiàn)象。而在淬硬鋼的精加工中，比如小型模具、曲率半徑較小的圓弧面、清根等場(chǎng)合，小直徑刀具又必不可少。小直徑銑刀的加工和普通立銑刀加工不只是尺寸上的區(qū)別，由于其直徑小，刀桿受到微小的力和振動(dòng)都能導(dǎo)致刀具破損，因此對(duì)小直徑銑刀加工淬硬材料的研究提出了要求，以便在今后的生產(chǎn)加工中選擇較合理的參數(shù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)條件

本實(shí)驗(yàn)用到的機(jī)床為YCM－V85A型立式加工中心，銑刀為φ1.5 mm的硬質(zhì)合金兩刃球頭立銑刀，干式切削淬硬45鋼，硬度45～50 HRC的工件。測(cè)量用到的儀器有YD－1型壓電式測(cè)力傳感器，DHF－6A電荷放大器，QLV型多功能虛擬式信號(hào)分析儀。

1.2 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)中設(shè)備參數(shù):主軸轉(zhuǎn)速n=6 369 r/min，每齒進(jìn)給量fz=0.01 mm/齒，側(cè)向步距ssp=0.4 mm，背吃刀量asp=0.1 mm，螺旋進(jìn)刀角度β=30°，最小切削寬度cmin=0.02 mm，最大螺旋半徑rβ=0.96 mm。擺線(xiàn)走刀步距為b=0.3 mm，圓弧走刀半徑為rb=0.7 mm。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用單因素法。通過(guò)試驗(yàn)，研究高速銑削時(shí)切削速度Vc(m/min)、每齒進(jìn)給量fz(mm/齒)、徑向切削深度Rd(mm)、軸向切深A(yù)d(mm)對(duì)切削拐角、切削力的影響規(guī)律，以及對(duì)于不同的角度它們切削情況的對(duì)比。在做切削速度試驗(yàn)時(shí)，保證刀具每齒進(jìn)給量fz恒定，進(jìn)給速度Vf按公式Vf=fz×n×z(n為主軸轉(zhuǎn)速，z為刀具齒數(shù))計(jì)算。

1.3.1 不同走刀方式下銑削不同拐角的試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中要加工工件的圓弧半徑取4種數(shù)值:1.25 mm，1.50 mm，1.75 mm，2.00 mm。對(duì)具有不同圓弧半徑拐角的工件進(jìn)行銑削試驗(yàn)，分別研究銑削過(guò)程中各切削參數(shù)對(duì)工件受力的影響情況。試驗(yàn)分別采取擺線(xiàn)走刀方式和圓弧走刀方式進(jìn)行，根據(jù)工件不同的圓弧半徑分別進(jìn)行4次，每次均采取單層切削方式進(jìn)行。

1.3.2 不同減速程度下銑削拐角半徑為1.5 mm圓弧的試驗(yàn)方法

針對(duì)拐角半徑為1.5 mm的特定圓弧工件進(jìn)行銑削，分別設(shè)定銑削速度的減少程度為:20%，25%，30%，35%。通過(guò)采取擺線(xiàn)走刀方式和圓弧走刀兩種方式進(jìn)行銑削，根據(jù)不同的減速程度分別進(jìn)行4次試驗(yàn)，且每次加工均采取分層銑削的方式進(jìn)行，以分析切削過(guò)程中受力和加工效率情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同拐角圓弧半徑下的影響

2.1.1 加工效率

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得當(dāng)圓弧拐角半徑分別為:1.25 mm，1.50 mm，1.75 mm，2.00 mm時(shí)，擺線(xiàn)走刀方式下的加工時(shí)間分別為:57 s，81 s，102 s，141 s，圓弧走刀方式下的加工時(shí)間分別為:15 s，17 s，22 s，45 s。由數(shù)據(jù)可以看出，隨著圓弧拐角半徑的增大，在切削要素相同的情況下，圓弧走刀方式的加工效率要比擺線(xiàn)走刀方式高;同時(shí)，由于加工大圓弧半徑時(shí)去除的材料較多，加工時(shí)間也隨之增加，使得加工效率隨圓弧半徑的增大而降低。

2.1.2 切削力

由圖1和圖2可以看出，在兩種走刀方式下，隨著圓弧半徑的減小，加工時(shí)X、Y、Z三個(gè)方向所受到的切削力均隨之增大，且在半徑為1.25 mm時(shí)增大得比較明顯，在圓弧走刀方式下Z方向的受力和平均力均比擺線(xiàn)走刀方式下的大，這說(shuō)明工件拐角越小，方向轉(zhuǎn)變急劇，刀具受到的突變?cè)酱?，所以受力也越大。具體分析如下:

當(dāng)切削工件拐角的圓弧半徑為2 mm時(shí)，擺線(xiàn)走刀的方式下，3個(gè)方向的受力和平均力均比圓弧走刀的方式大，此時(shí)選擇圓弧走刀的方式加工比較好。

當(dāng)切削工件拐角的圓弧半徑為1.75 mm時(shí)，在Z方向的受力和平均力，兩種走刀方式下相接近，但在X、Y軸兩個(gè)方向的受力，圓弧走刀的方式下較小，所以此時(shí)選擇圓弧走刀的方式加工比較好。

當(dāng)切削工件拐角的圓弧半徑為1.50 mm時(shí)，在X、Y軸方向，圓弧走刀方式下的受力較小;擺線(xiàn)走刀方式下，在Z軸方向的力和平均力均較小，綜合考慮，此時(shí)選擇擺線(xiàn)走刀的方式加工比較好。

當(dāng)切削工件拐角的圓弧半徑為1.25 mm時(shí)，在X、Y方向，圓弧走刀方式下的受力較小;擺線(xiàn)走刀方式下，在Z軸方向的力和平均力均較小，綜合考慮，此時(shí)選擇擺線(xiàn)走刀的方式加工比較好。

2.2 不同減速程度下的影響

通過(guò)對(duì)上面的切削力分析，我們可以知道，工件的拐角在圓弧半徑為1.5 mm時(shí)是受力變化突變前比較明顯的一個(gè)點(diǎn)，用它來(lái)做減速程度變化切削試驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)會(huì)比較明顯，所以選擇圓弧拐角半徑為1.50 mm的工件減速程度加工試驗(yàn)。

2.2.1 加工效率

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得當(dāng)減速程度分別為:20%，25%，30%，35%時(shí)，擺線(xiàn)走刀方式下的加工時(shí)間分別為83.5 s，84 s，83.8 s，83 s，圓弧走刀方式下的加工時(shí)間分別為:32.5 s，28 s，26 s，24.5 s。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在擺線(xiàn)走刀方式下，圓弧拐角處速度減小對(duì)加工時(shí)間的影響較小，對(duì)加工效率影響不大;而在圓弧走刀方式下，圓弧拐角處隨著速度減小，單件工件的加工時(shí)間減少得較明顯，加工效率也越高，但都低于原始速度下的加工效率。

2.2.2 切削力

由圖3可以看出，在擺線(xiàn)走刀方式下做減速試驗(yàn)時(shí)，Z軸方向受力逐漸減小，X、Y軸方向受力先是逐漸減小然后再增大;Z軸的受力曲線(xiàn)與平均力曲線(xiàn)最為接近，反映出Z軸的分力是平均力的主要來(lái)源;在減速到20%時(shí)，Z軸受到的分力和平均力均最小，所以此時(shí)宜采用降速比為20%左右。

由圖4可以看出，在圓弧走刀方式下做減速試驗(yàn)時(shí)，Z軸方向受到的力先減小后趨于平緩的增大;X軸方向受到的力先急劇變小后又急劇增大，變化范圍較大;Y軸方向受到的力先變小后增大，比X軸方向變化平緩;在減速到30%時(shí)，受到的平均力最小，受到的X、Z軸方向的力也是最小的，所以此時(shí)宜采用的降速比為30%左右。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)小直徑銑刀加工淬硬模具鋼，分別采用擺線(xiàn)走刀和圓弧走刀的方式，針對(duì)不同拐角的圓弧半徑和不同減速程度下的工件進(jìn)行切削力和加工效率研究，結(jié)果表明:

(1)在加工效率方面，在切削要素相同的情況下，圓弧走刀方式的加工效率要比擺線(xiàn)走刀方式高。

(2)在切削力方面，加工拐角圓弧半徑大于1.5 mm時(shí)的工件時(shí)，選擇圓弧走刀方式比較好;加工拐角圓弧半徑小于1.5 mm時(shí)的工件時(shí)，選擇擺線(xiàn)走刀方式比較好。

(3)采用圓弧走刀方式加工時(shí)，減速到30%時(shí)，X、Z軸方向的力和平均力最小;采用擺線(xiàn)走刀方式加工時(shí)，在減速到20%時(shí)，Z軸方向的力和平均力最小。

［1］全燕鳴，王成勇，林金萍.高速銑削淬硬模具鋼的工藝性與經(jīng)濟(jì)性研究［J］.工具技術(shù)，2003，37(2).

［2］葉友東，王雅.高速銑削下不同切入方式的刀軌研究［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2005(8).

［3］Toh C K.Cutter path strategies in high speed rough milling of hardened steel［J］.Materials and Design，2006，27:107 － 114.

［4］胡映寧，鄧敏和，王成勇，等.小直徑球頭銑刀銑削淬硬鋼的試驗(yàn)研究［J］.工具技術(shù)，2004，38(10).

［5］胡映寧，王成勇，王學(xué)奇，等.小直徑平底銑削淬硬鋼實(shí)驗(yàn)研究［J］.南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào):英文版，2004(4):175－179.