45鋼車削表面粗糙度試驗研究

鄭伶俐，高天友

(1.常州機電職業(yè)技術學院，江蘇 常州 213164；2.常州輕工職業(yè)技術學院，江蘇 常州 213164)

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45鋼車削表面粗糙度試驗研究

鄭伶俐1，高天友2

(1.常州機電職業(yè)技術學院，江蘇 常州 213164；2.常州輕工職業(yè)技術學院，江蘇 常州 213164)

建立切削加工試驗平臺，進行45鋼的數(shù)控車削試驗。通過單因素試驗和多因素試驗來研究切削用量的改變對表面粗糙度的影響。建立表面粗糙度預測模型，達到切削用量的優(yōu)化選擇、降低工件表面粗糙度和提高生產(chǎn)效率的目的，可為加工提供理論依據(jù)，指導實際生產(chǎn)。

45鋼；表面粗糙度；切削；測量

表面粗糙度是指零件被加工表面上所具有的較小間距和微小峰谷的不平度[1]，是衡量切削加工過程的一個重要性能指標。表面粗糙度的高低在很大程度上影響著零件的抗腐蝕性、耐磨性、密封性和疲勞強度等使用性能，所以進行數(shù)控車削45鋼表面粗糙度的研究對機械加工有非常重要的指導意義[2]。對45鋼進行表面粗糙度正交試驗，建立表面粗糙度經(jīng)驗模型，用極差分析法進行因素主次和優(yōu)方案分析，使用回歸分析方法檢驗切削用量的顯著性優(yōu)化方案。

1　試驗系統(tǒng)

數(shù)控車削試驗的測試系統(tǒng)包括數(shù)控車床、測力系統(tǒng)、表面粗糙度測量儀、涂層硬質(zhì)合金刀具和被切削工件等。

1)數(shù)控車床。采用大連機床集團有限公司生產(chǎn)的CKA6136i機床。該機床X軸行程為360 mm，Z軸行程為750 mm，主軸轉(zhuǎn)速為3 500 r/min，主電動機功率為5.5 kW，最大進給速度為20 000 mm/min。

2)表面粗糙度測量儀。采用TR240便攜式粗糙度測量儀。該粗糙度測量儀不僅可以對多種機械加工工件的表面粗糙度進行測量，還可以根據(jù)選定的試驗測量因素計算出相應的參數(shù)，在液晶顯示器上清晰地顯示出全部的測量結果及圖形，并打印輸出。

2　表面粗糙度理論模型

刀具與工件的相對運動位置和刀具的各種幾何參數(shù)決定了表面粗糙度值。在工件與刀具的相對運動過程中，有一小部分的金屬末被切削下來落在工件已加工表面上，留下工件的切削層殘留面積，其殘留面積的高度構成了表面粗糙度[3-4]。理想的表面粗糙度的幾何模型如圖1所示。

圖1　車削時由刀尖圓弧部分形成的殘留面積高度

3　切削表面粗糙度試驗結果與分析

試驗采用涂層硬質(zhì)合金車刀在穩(wěn)態(tài)切削條件下對45鋼進行切削加工。在切削過程中，通過改變切削用量，測量不同參數(shù)組合所得的工件表面粗糙度值，分析試驗結果，找出不同切削用量對表面粗糙度的影響規(guī)律。表面粗糙度試驗水平表見表1。

表1　試驗水平表

3.1正交試驗結果分析

表面粗糙度的正交試驗結果見表2。

表2　表面粗糙度的正交試驗結果

通過表2中的極差分析表明，在給定的變化范圍內(nèi)，切削用量三因素的改變對工件表面粗糙度的影響(見圖2～圖4)主次順序是：進給量f(因素C)→切削深度ap(因素A)→切削速度vc(因素B)。根據(jù)極差分析說明，選取較小的切削深度、切削速度和進給量的參數(shù)組合(即ap=0.2 mm，vc=175 m/min，f=0.1 mm/r)可以獲得較小的表面粗糙度值。

圖2　切削速度vc與表面粗糙度關系圖

圖3　進給量f與表面粗糙度關系圖

圖4　切削深度ap與表面粗糙度關系圖

以工件已加工表面粗糙度值為最小量的指標進行考察，最優(yōu)方案出現(xiàn)的切削用量條件是切削深度ap、切削速度vc和進給量f越小，切削方式最為輕柔，刀具磨損程度值越小，工件材料變形越小，表面粗糙度值越小，工件加工表面質(zhì)量越高。

3.2表面粗糙度預測模型

對工件切削過程中的表面粗糙度值建立理論模型，并且能夠根據(jù)切削用量預測零件的表面粗糙度的解釋能力和預測效果，進而來確定滿足工件表面粗糙度加工所需要的切削用量，以達到減少切削加工時間，優(yōu)化切削用量，提高生產(chǎn)效率的目的[5]。

以f、vc和ap為變化量建立相應表面粗糙度的預測模型。表面粗糙度和各切削用量之間存在著復雜的指數(shù)關系。根據(jù)表2中回歸分析得到表面粗糙度預測模型如下：

(1)

4　結語

綜上所述，可以得到如下結論。

1)涂層硬質(zhì)合金刀具車削45鋼時，隨著進給量的增大，表面粗糙度的變化明顯。涂層硬質(zhì)合金刀具切削時，隨著切削速度的增大，表面粗糙度呈遞減趨勢，但變化不大。

2)基于正交設計試驗方法，用極差分析法分析了影響表面粗糙度因素的大小，而且結果和多因素試驗分析結論相吻合?；貧w分析法建立了涂層硬質(zhì)合金刀具切削45鋼時的表面粗糙度的預測模型，并驗證了預測模型的顯著性。在3個切削用量中，切削速度和進給量對表面粗糙度的影響較大，切削深度影響較小。

[1] 王素玉，趙軍，艾興，等.高速切削表面粗糙度理論研究綜述[J].機械工程師，2004(10):3-6.

[2] 蔣克強.高速銑削參數(shù)對加工表面質(zhì)量影響的初步研究[D].武漢：華中科技大學，2009.

[3] 夏雨.高速銑削淬硬鋼的試驗研究[D].南京：南京航空航天大學，2006.

[4] 賴思琦，張立紅.數(shù)控車削中切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響分析[J].機械制造技術，2010，36(7)：61-63.

[5] 李鳳泉，方沂.淬硬鋼高速銑削表面粗糙度預測模型研究[J].新技術新工藝,2006(6)：9-11.

責任編輯鄭練

Experimental Research on Surface Roughness of 45 Steel Turning

ZHENG Lingli1, GAO Tianyou2

(1.Changzhou Institute of Mechatronic Technclogy, Changzhou 213164, China; 2.Changzhou Institute of Light Industry Technology, Changzhou 213164, China)

A cutting test platform is set up to carry out the numerical control turning test of 45 steel. The influence of cutting parameters on the surface roughness is studied by single factor and multi factor experiments. The surface roughness prediction model is established to optimize the cutting parameters and to improve the surface roughness and the production efficiency.

45 steel, surface roughness, cutting, measure

TG 84

A

鄭伶俐(1981-)，女，講師，碩士，數(shù)控車床操作技師、考評員，主要從事數(shù)控技術及應用等方面的研究。

2016-04-28