切削液在 B65A-S 銑削加工中對已加工表面微觀形貌的影響

鄧亞弟 稅 妍 王建錄 劉 義

（東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618201）

切削液在 B65A-S 銑削加工中對已加工表面微觀形貌的影響

鄧亞弟 稅 妍 王建錄 劉 義

（東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618201）

通過單因素切削試驗分析了已加工工件表面微觀形貌的形成機理， 工件表面 “犁溝” 現象的產生規律以及該現象對于表面粗糙度的影響， 切削液對工件表面 “犁溝” 現象的作用規律。

銑削；犁溝；切削液

零件已加工表面微觀幾何形貌是零件表面完整性的重要指標之一，對零件的耐磨性、耐腐蝕性、疲勞強度和配合性質都有很大的影響，尤其對高溫、高壓條件下工作的機器、儀器零件尤為重要。本次試驗通過單因素試驗方法分析了已加工工件表面微觀形貌的形成機理， 工件表面 “犁溝” 現象的產生規律以及該現象對表面粗糙度的影響，切削液對工件表面 “犁溝” 現象的作用規律。

1 試驗設備和試驗方案

1.1 試驗設備

本試驗在美國哈斯自動數控機械有限公司生產VM-2 型立式加工中心上完成， 該機床主電機功率15kW， 最高 轉 速 12000r/min。 切削 刀 具 采用 了4.3032R320 型可轉位立銑刀， 直徑 Φ32， 刀片型號為 APKT263PDTR， 材質 KC725M， 刀尖圓角半徑 R1， 試驗材料為 B65A-S。 試驗過程中采用順銑的方式， 表面粗糙度指標選用Ra值， 測量儀器使用時代 TR200 接觸式表面粗糙度儀。

1.2 試驗方案

本試驗采用單因素試驗方法，根據前期試驗將 切削深 度、 切削 寬度 恒定 控制 為 ap=0.5mm、ae=21mm。 試驗過程中， 保證切削連續、 濕切削冷卻充分的前提下，沿已加工表面圓周且平行于切削進給方向上隨機選取五個測量面，采樣長度0.8mm， 測量其表面 Ra 值， 并取這五個測量值的算術平均值作為該表面粗糙度Ra值。 為消除隨機誤差的影響，各試驗線路均以隨機方式抽取。試驗參數及試驗數據見表1。

表1 單因素試驗參數

2 試驗結果及分析

切削完成后利用超景深對各種加工參數下被加工工件的表面形貌進行觀察，發現在干切削，特別是在較低的切削速度下在工件表面極易形成如圖1所示的 “犁溝” 現象。

對于已加工工件表面的 “犁溝” 現象在國內外存在著各種不同的看法。 J.Paulo 在 《機械加工的表面完整性》 一書里將這種現象稱為 BUE （Builtup-edge， 積屑瘤）， 他認為產生這種現象的根本原因是積屑瘤在快速形成、長大、消失的過程中帶走工件表面部分金屬而形成的。國內有較多的資料認為這種現象是工件在加工過程中產生的一種金屬的側向塑性流動，簡稱側向塑流。另有部分資料認為這種現象是在加工過程中刀尖對于工件表面的一種擠碎和撕裂的現象，雖然對其產生機理的認識不同，但是他們都認為這種現象只有在特定的切削力和切削溫度附近才會形成。

圖1 已加工工件表面的 “犁溝” 現象

圖2 不同切削速度下干切削時工件表面形貌

由圖2可以看出， 隨著切削速度 Vc的提高，已加工工件表面的 “犁溝” 現象有減弱的趨勢，當切削速度在 150m/min 以上時， 該現象幾乎消失，已加工工件表面粗糙程度減小。而由圖3可以看出切削進給 fz不會改變 “犁溝” 現象的程度，隨著 fz的增大， 每個 “犁溝” 之間的間距會增大，反而會令已加工工件表面粗糙程度減弱。這種現象與圖4實測工件表面粗糙度結果一致，隨著切削速度的提高， 已加工工件表面 “犁溝”現象逐漸減弱，趨近于切削的理論粗糙度值。

圖3 不同切削進給狀態下干切削時工件表面形貌

圖4 干切削時切削速度 Vc、 切削進給 fz 與表面粗糙度 Ra 的關系 （切削深度 ap=0.5mm）

圖5 切削速度 Vc 為 50m/min， 切削進給 fz 為 0.05mm/z，切削深度 ap 為 0.5mm， 干切削與濕切削時工件表面形貌

根據以上分析可知，已加工工件表面 “犁溝”現象與切削速度 Vc的關系最大。 在試驗范圍內犁溝會隨著切削速度的增大減弱，這與干切削時建立的粗糙度經驗模型的結論一致，說明在干切削時工件表面的 “犁溝” 現象是影響工件表面粗糙度的最大因素。

由圖5 可以看出， 同樣是切削速度在 50m/ min， 但是工件表面的微觀形貌卻有很大的不同，濕切削時工件表面的 “犁溝” 現象趨勢遠遠小于干切削時的工件表面，這說明切削液可以在切削加工中有效地減小已加工表面的 “犁溝” 現象，這點與圖6工件表面粗糙度值Ra的趨勢一致。

目前對于切削液消除工件表面 “犁溝”現象的作用機理還不明晰，但是可以確認的是切削液利用本身的冷卻和潤滑作用改變了形成 “犁溝”現象所需要的切削條件。

圖6 干切削與濕切削時切削深度 ap、 切削進給 fz 與表面粗糙度 Ra 的關系 （切削速度 v=50m/min）

由以上分析可以看出切削液通過消除已加工表面的 “犁溝” 現象可以降低已加工表面粗糙度，使已加工表面粗糙度接近理論粗糙度值。

3 結論

本試驗研究了切削液、切削速度、切削進給對工件表面微觀形貌的影響，對已加工表面的“犁溝” 現象的形成規律進行了分析， 在試驗范圍內得到如下結論:

（1） 在所進行的試驗范圍內， 低速切削時已加工表面會形成嚴重的 “犁溝” 現象， 切削速度對該現象的影響最大，隨著切削速度的升高已加工表面 “犁溝” 現象減弱， 表面粗糙度值Ra值越趨近于理論粗糙度值。

（2） 切削液可以通過自身的冷卻和潤滑作用改變產生 “犁溝”現象所需要條件， 降低已加工工件表面粗糙度，這種現象在低速切削時尤為明顯。

[1] 王洪祥,董申,李旦.超精密車削表面粗糙度 [J].制造技術與機床,2001,(4):26-28

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[3] 陳永潔.積屑瘤問題研究 [J].華中理工大學學報,1993,21 (6):21-28

The Influence for Microtopography of Machined Surface hith Cutting Fluid in the B65A-S Milling Processing

Deng Yadi， Shui Yan， Wang Jianlu， Liu Yi
（Dongfang Turbine Co.， Ltd.Deyang Sichuan 618201）

The formationmechanism ofmachirde surfacemicrotopography is analyzed by the single factor experiment ofmilling. The paper introduces themle of furrow and the influence for surface rouyhress,the role of law for furrow with cutting fluid.

milling,furrows,cutting fluid

國家 973 計劃資助項目 （2007CB70770）

鄧亞弟 （1985-）， 陜西寶雞人， 東方汽輪機有限公司工藝試驗室。