王 勝 ， 陳翔飛 ， 陳 聰 ， 陳建新 ， 周明安 ， 鄭志誼

（1.衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，浙江 衢州 324000；2.浙江赫科智能裝備有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

45鋼具有良好的冷熱加工性能與機械性能，因此被廣泛應(yīng)用于制造強度高、形狀復(fù)雜的數(shù)控加工領(lǐng)域。其在數(shù)控加工過程中存在表面質(zhì)量低、切削熱高等問題[1-2]。目前數(shù)控加工針對硬鋁合金、模具鋼等材料的加工研究較為普遍，如龐俊忠等[3]研究了高速銑削和高速車削對淬硬鋼的切削力的影響，分析了切削用量的改變導(dǎo)致切削力變化的原因。高超等[4]通過靈敏度分析和工藝參數(shù)的區(qū)間優(yōu)化，驗證了粗糙度理論預(yù)測模型的準(zhǔn)確性。唐林虎等[5]對干式硬態(tài)車削淬硬鋼進(jìn)行試驗研究，揭示了切削速度對切削力和切屑形態(tài)的影響規(guī)律。付濤等[6]分析了車削和銑削精加工的應(yīng)力分布情況，并根據(jù)應(yīng)力分布情況實現(xiàn)了加工質(zhì)量的優(yōu)化。程耀楠等[7]對車削環(huán)境下的高強度鋼的表面質(zhì)量

等方面進(jìn)行了綜合比對，得出了最優(yōu)的加工工藝參數(shù)。綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者主要針對某金屬表面的單項質(zhì)量表征和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行研究，未涉及刀具涂層對加工表面質(zhì)量的影響優(yōu)化研究。鑒于此，本文主要針對CVD涂層刀具在車削45鋼時工藝參數(shù)對加工表面質(zhì)量的影響與優(yōu)化進(jìn)行研究。

1 精車45鋼切削機理

數(shù)控車削過程沿切削方向上45調(diào)質(zhì)鋼材料切屑斷裂過程如圖1所示。

圖1 45調(diào)質(zhì)鋼切屑斷裂過程

由圖1可知，待去除層切屑形態(tài)表現(xiàn)為斷裂與破碎的綜合形態(tài)，主要經(jīng)歷了切屑萌生和斷裂切削的過程，被切削的鋼體材料在CVD涂層刀具的作用下，工件與切削刃進(jìn)行擠壓與切除過程中，自然形成切削斷裂與微裂紋狀態(tài)。隨著工件與切削刀具持續(xù)進(jìn)行相互擠壓與切削運動，切削斷裂前段應(yīng)力強度因子超出了45調(diào)質(zhì)鋼可承受的斷裂值時，細(xì)小的微裂紋便聚集形成主體裂紋并向待加工表面的前下方擴展，隨著工件表面裂紋的集聚，最終擴展至已加工表面形成一定曲面的凹坑，從而影響工件表面的加工質(zhì)量[8]。

2 試驗

2.1 試驗材料

采用φ45 mm的45鋼毛坯件，其主要成分如表1[9]所示。

表1 45鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

車削試驗刀具，采用特定品牌新型涂層CCMT120404-HFYBC151硬質(zhì)合金機夾車刀具，刀具幾何參數(shù)如表2所示。

表2 刀具的幾何參數(shù)

2.2 試驗方法

數(shù)控車削加工試驗如圖2所示，機床選擇FANUC車削中心（DL-25MH）進(jìn)行精車加工，刀具選用特定品牌CVD涂層進(jìn)行切削，車削試驗全程采用干式切削法進(jìn)行。

圖2 數(shù)控車削加工試驗圖

精車削工藝參數(shù)如表3所示，在經(jīng)驗參數(shù)范圍內(nèi)，研究分析不同工藝參數(shù)組合對45鋼車削表面質(zhì)量、切屑形態(tài)等方面的影響規(guī)律，優(yōu)選出表面質(zhì)量最高的加工工藝參數(shù)組合，以最佳表面質(zhì)量工件為研究對象，深入分析CVD涂層刀具車削45鋼材料的綜合性能[10]。

表3 精車削工藝參數(shù)

3 結(jié)果與分析

CVD涂層刀具對45鋼進(jìn)行精車削試驗，觀察其切屑宏觀形態(tài)，如圖3所示。不難發(fā)現(xiàn)，正交試驗編號為01、02、03的三種切屑形態(tài)中，當(dāng)Vf由0.04 mm·r-1增至0.12 mm·r-1時，切屑形態(tài)由細(xì)絲狀變?yōu)閺椈蔂?，且表現(xiàn)為細(xì)小斷裂的分開趨勢，此切屑形態(tài)車削加工中應(yīng)予以避免。進(jìn)一步觀察03、07、08號切屑形態(tài)，其在9件切屑形態(tài)中的表現(xiàn)均勻分布，表現(xiàn)為彈簧狀切屑，且車削過程平穩(wěn)，加工性能良好。03、07、08號參數(shù)的進(jìn)給速度Vf均為0.12 mm·r-1，由此可知當(dāng)Vf=0.12 mm·r-1時45鋼的切屑形態(tài)最佳[11-13]。

圖3 工藝參數(shù)對切屑宏觀形態(tài)的影響

4 結(jié)論

用特定品牌CVD涂層刀具精車45鋼工件時，獲得的精車削最佳工藝參數(shù)為切削速度V=395 m·min-1、進(jìn)給速度Vf =0.12 mm·r-1、背吃刀量ap=0.5 mm。該參數(shù)下精車45鋼工件切屑形態(tài)較好。