高速切削加工對(duì)表面粗糙度的試驗(yàn)探究

燕金華

(東營(yíng)職業(yè)學(xué)院，山東 東營(yíng)，257091)

衡量一個(gè)零件的加工質(zhì)量好壞主要要看零件的加工精度和表面質(zhì)量。零件的精度主要包括了尺寸精度和形位精度，除了人為因素之處，主要由機(jī)床的定位精度決定，硬件設(shè)備的精度決定所加工的零件尺寸、形狀和位置精度。

判斷工件表面質(zhì)量主要由以下三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)：表面粗糙度Ra的大小、已加工表面的硬化程度、已加工表面的殘余應(yīng)力。高速切削加工在大幅減少切削工時(shí)、提高加工效率的同時(shí)也極大的提高工件的表面質(zhì)量。

其中零件的表面粗糙度是衡量已加工零件表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。在高速切削加工過(guò)程中，機(jī)床和刀具系統(tǒng)的震動(dòng)，刀具材料和被加工工件的材料的力學(xué)性質(zhì)，高速加工時(shí)的冷卻方式，切削液的種類，各種工藝參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、軸向進(jìn)給量、進(jìn)給速度、徑向進(jìn)給量）等因素都會(huì)影響高速加工的表面粗糙度。

表面粗糙度對(duì)產(chǎn)品的接觸剛度、密封性、耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞強(qiáng)度等使用性能有影響，對(duì)于那些表面頻繁受到?jīng)_擊載荷、頻繁和剛性部件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦的零件，零件的表面質(zhì)量的重要程度甚至超過(guò)了形位公差，表面質(zhì)量成為衡量零件質(zhì)量的決定因素。

對(duì)同種材料的加工表面粗糙度與各切削參數(shù)進(jìn)行深入的研究，分析出高速加工中不同的切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響，現(xiàn)在就表面粗糙度與切削參數(shù)的單因素影響作出分析與研究。

1 表面粗糙度和主軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯夸X合金材料LY12表面粗糙度和主軸轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

試驗(yàn)條件：采用φ32mm硬質(zhì)合金涂層刀具加工鋁合金試件，刀具的軸向進(jìn)給0.4mm，徑向進(jìn)給32mm，進(jìn)給速度為6000m/min，冷卻方式為干切。

表1 主軸轉(zhuǎn)速和試驗(yàn)測(cè)得表面粗糙度值

結(jié)果分析：從上圖1中可以看出，在所給定的試驗(yàn)條件下，在開(kāi)始階段鋁合金材料的表面粗糙度隨著主軸轉(zhuǎn)速的上升而下降，在轉(zhuǎn)速為8000r/m時(shí)，試件的表面粗糙度值達(dá)到最小，轉(zhuǎn)速超出8000后粗糙度值急劇上升，表明表面質(zhì)量惡化。原因是機(jī)床轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度后，隨著切削速度的提高，在工件和刀具之間產(chǎn)生的的切削熱急劇增加，引起加工條件的惡化，刀具后刀面和已加工表面之間的摩擦?xí)眲〖哟螅毒叩哪p加快，零件加工表面質(zhì)量急劇降低。

2 表面粗糙度和進(jìn)給速度之間的關(guān)系

試驗(yàn)條件和以上相同，刀具的軸向進(jìn)給減小到0.3mm，將機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速固定在8000rpm上，增加壓縮空氣的冷卻方式，來(lái)研究同一種材料的不同進(jìn)給速度對(duì)表面粗糙度的關(guān)系。

表2 進(jìn)給速度和試驗(yàn)所測(cè)表面粗糙度的對(duì)照表

圖1 表面粗糙度值和主軸轉(zhuǎn)速的曲線圖

圖2 表面粗糙度和進(jìn)給速度的曲線圖

結(jié)果分析：從圖中很明顯的看出，高速加工的表面粗糙度和切削進(jìn)給速度成正相關(guān)，進(jìn)給加快，粗糙度值變大，表面質(zhì)量下降。這完全符合經(jīng)典的切削理論知識(shí)。也可以從圖上看出，在進(jìn)給速度從3m/min增加到13.5m/min，高速加工的表面粗糙度變化很小，Ra 值僅從 0.61μm 增加到 0.83μm，這和經(jīng)典的切削理論有較大的矛盾。在普通切削加工中，如果進(jìn)給速度發(fā)生幾倍的增大，對(duì)應(yīng)的粗糙度值也會(huì)急劇的變化，而在本次高速切削試驗(yàn)中，進(jìn)給速度幾倍的增加時(shí)粗糙度變化不明顯。主要原因是高速加工本身的進(jìn)給速度基數(shù)就很大，是普通切削加工的幾十倍，進(jìn)給速度的變化對(duì)粗糙度的影響不明顯，另外一方面的原因是，本次試驗(yàn)的軸向切深從0.5mm減小到0.3mm，同時(shí)增加了壓縮空氣冷卻，這兩方面的變化也能極大的改善高速刀具的切削狀況，使切削力減小，切削溫度降低，表面粗糙度值減小，使得圖2中的曲線變化趨于緩慢。

3 表面粗糙度和切削深度之間的關(guān)系

本次試驗(yàn)采用相同的刀具，徑向進(jìn)給32mm，主軸的轉(zhuǎn)速提高到10000rpm，進(jìn)給速度為6m/min，切削深度從0.1mm增到0.8mm，高壓空氣冷卻。

表3 切削深度和試驗(yàn)所測(cè)表面粗糙度的對(duì)照表

4 結(jié)論

圖5.3 粗糙度和軸向切深的關(guān)系曲線圖

在采用相同的刀具高速切削LY12鋁合金材料時(shí)，高速加工的零件的表面粗糙度值和軸向切深之間是成正相關(guān)的，隨著切削深度的加深，高速加工的表面粗糙度值增大，所得的零件表面質(zhì)量下降。從實(shí)驗(yàn)可以看出在較小從切削深度情況下，高速切削加工零件表面粗糙度值變化不大，如果切深超過(guò)一定程度，隨高速刀具的切削載荷和切削熱量的急劇增加，零件表面的粗糙度值急劇增加。

[1]劉志兵,王西彬,解麗靜.難加工材料的高速切削與加工實(shí)例[J].新技術(shù)新工藝,2006(01).

[2]龍震海,王西彬,王好臣.高速切削條件下難加工材料表面粗糙度影響因素析因研究[J].工具技術(shù),2005(01).

[3]陳世平,石軍,羅輯.高速切削加工用刀柄的發(fā)展現(xiàn)狀[J].新技術(shù)新工藝2003(09).

[4]陳世平.高速切削加工技術(shù)及其發(fā)展前景[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程2001(03)

[5]沈小強(qiáng),徐森亮.高速切削加工工藝的現(xiàn)狀與優(yōu)化趨勢(shì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2009(03)

[6]李滬曾,郭重慶,王逸等.淺談高速切削加工技術(shù)的發(fā)展[J].現(xiàn)代制造工程2004(06)