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，此時的切削加工性差，在高速銑削過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都能導(dǎo)致刀具破損，因此對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

1.1 試驗條件

本實驗用到的機(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。測量用到的儀器有YD－1型壓電式測力傳感器，DHF－6A電荷放大器，QLV型多功能虛擬式信號分析儀。

1.2 試驗參數(shù)

試驗中設(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。擺線走刀步距為b=0.3 mm，圓弧走刀半徑為rb=0.7 mm。

1.3 試驗方法

試驗采用單因素法。通過試驗，研究高速銑削時切削速度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)對切削拐角、切削力的影響規(guī)律，以及對于不同的角度它們切削情況的對比。在做切削速度試驗時，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))計算。

1.3.1 不同走刀方式下銑削不同拐角的試驗方法

試驗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。對具有不同圓弧半徑拐角的工件進(jìn)行銑削試驗，分別研究銑削過程中各切削參數(shù)對工件受力的影響情況。試驗分別采取擺線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圓弧的試驗方法

針對拐角半徑為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%。通過采取擺線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，且每次加工均采取分層銑削的方式進(jìn)行，以分析切削過程中受力和加工效率情況。

2 試驗結(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

通過試驗測得當(dāng)圓弧拐角半徑分別為:1.25 mm，1.50 mm，1.75 mm，2.00 mm時，擺線走刀方式下的加工時間分別為:57 s，81 s，102 s，141 s，圓弧走刀方式下的加工時間分別為: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走刀方式高;同時，由于加工大圓弧半徑時去除的材料較多，加工時間也隨之增加，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X、Y、Z三個方向所受到的切削力均隨之增大，且在半徑為1.25 mm時增大得比較明顯，在圓弧走刀方式下Z方向的受力和平均力均比擺線走刀方式下的大，這說明工件拐角越小，方向轉(zhuǎn)變急劇，刀具受到的突變越大，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，擺線走刀的方式下，3個方向的受力和平均力均比圓弧走刀的方式大，此時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，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軸兩個方向的受力，圓弧走刀的方式下較小，所以此時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，在X、Y軸方向，圓弧走刀方式下的受力較小;擺線走刀方式下，在Z軸方向的力和平均力均較小，綜合考慮，此時選擇擺線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，在X、Y方向，圓弧走刀方式下的受力較小;擺線走刀方式下，在Z軸方向的力和平均力均較小，綜合考慮，此時選擇擺線走刀的方式加工比較好。

2.2 不同減速程度下的影響

通過對上面的切削力分析，我們可以知道，工件的拐角在圓弧半徑為1.5 mm時是受力變化突變前比較明顯的一個點(diǎn)，用它來做減速程度變化切削試驗，得到的數(shù)據(jù)會比較明顯，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。

2.2.1 加工效率

通過試驗測得當(dāng)減速程度分別為:20%，25%，30%，35%時，擺線走刀方式下的加工時間分別為83.5 s，84 s，83.8 s，83 s，圓弧走刀方式下的加工時間分別為:32.5 s，28 s，26 s，24.5 s。由試驗數(shù)據(jù)可知，在擺線走刀方式下，圓弧拐角處速度減小對加工時間的影響較小，對加工效率影響不大;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，在擺線走刀方式下做減速試驗時，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軸的受力曲線與平均力曲線最為接近，反映出Z軸的分力是平均力的主要來源;在減速到20%時，Z軸受到的分力和平均力均最小，所以此時宜采用降速比為20%左右。

由圖4可以看出，在圓弧走刀方式下做減速試驗時，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，受到的平均力最小，受到的X、Z軸方向的力也是最小的，所以此時宜采用的降速比為30%左右。

3 結(jié)語

本文通過對小直徑銑刀加工淬硬模具鋼，分別采用擺線走刀和圓弧走刀的方式，針對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時的工件時，選擇圓弧走刀方式比較好;加工拐角圓弧半徑小于1.5 mm時的工件時，選擇擺線走刀方式比較好。

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

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