山高平均斷屑厚度理論在銑削加工中的應用

王衛波，王朝清

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

引言

加工效率和刀具壽命作為加工制造過程中重點關注的兩個方面，對加工制造成本影響較大，各刀具廠家為此也進行了大量的研究，積累了一定的理論研究。作為客戶有必要對一些理論研究進行檢驗驗證，積累加工經驗，本文就講述了山高刀具公司平均斷屑厚度理論原理，及該理論在我公司的實際應用效果。

1 平均斷屑厚度原理

1.1 平均斷屑厚度理論

平均斷屑厚度hm表達的含義如下圖所示，它與每齒進給量fz之間的關系隨刀具的實際切削嚙合比（ae/D）而不同。

圖1 平均斷屑厚度理論圖解

不合理的每齒進給量所引起的過于小的切削平均斷屑厚度、不合理的或過于小的切削深度都會導致刀片在實際加工中無法實現正常切削，引起工件表面切削硬化（尤其是高溫合金）、刀片涂層非正常磨損和預期壽命降低。

1.2 名詞解釋

1.2.1 每齒進給量-fz (mm/Z)

用于計算切削參數 (如工作臺進給) 的基本值。計算時也考慮最大切屑厚度和主偏角。

1.2.2 背吃刀量-ap /ae(mm)

背吃刀量又稱銑削深度，是平行于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸（切削層是指工件上正被刀刃切削著的那層金屬），單位為mm。因周銑與端銑時相對于工件的方位不同，故銑削深度的標示也有所不同。

圖2 周銑、端銑背吃刀量圖解

1.2.3 平均斷屑厚度-hm (mm)

確定凈功率計算時所需特定切削力的有用數值。

1.2.4 刀具切削直徑-D (mm)

加工時刀具切削回轉直徑。

1.3 平均斷屑厚度hm的計算方法

（1） 當銑刀的徑向切削嚙合寬度比大于50%（ae/D≥50%）時：

圖3 嚙合寬度比大于50%時，hm的計算公式

（2） 當銑刀的徑向切削嚙合寬度比小于50%（ae/D≤50%）時：

圖4 嚙合寬度比小于50%時，hm的計算公式

要實現或達到刀片的最理想使用壽命，一定要采用正確的平均斷屑厚度hm或每齒進給量fz值，以確保實際切削厚度大于或至少相當于刀片的刃口倒刃寬度值。一般而言，切屑的平均切屑厚度hm在面銑削中應保證在0.1—0.4之間，在三面刃銑削中應保證在0.03—0.1之間，最佳的取值是：面銑削hm=0.17，三面刃銑削=0.07。鐵屑太薄，刀片磨損快，鐵屑太厚，刃口易崩碎。平均銑屑厚度的計算很重要，同時也要注意對fz值的計算，銑削直徑和銑削寬度比非常大時有一個極大的fz提高潛力。

2 平均斷屑厚度原理在實際加工中的應用

2.1 平均斷屑厚度理論在變速箱殼體上的應用

在近期開展的變速器殼體零件提效工作中我們成功應用該理論實現殼體加工提效，變速器殼體前后端面銑削工步時間降低：131秒，降低比例達 44.7%，使用切削刃刀片型號為伊斯卡 ONMU080608-TN IC5100，直徑125的45°可轉位面銑刀刀盤型號：F45NMD125-12.40-R08，修光刃刀片型號 ONHU0806AN-14R-W IC910，盤銑刀可裝刀片數量為12片，調整前后數據對比如下表所示：

表1 提效前后切削參數、加工時間對比表格

圖5 應用平均斷屑理論加工的零件

當銑削前端面時分三次走刀切削，切寬 ae/D≈0.7≥50%，Vc=π*D*n/1000=220m/Min，fz=Vf/(Vc*z)=0.18,由公式hm=0.5*fz得hm為0.09；當銑削后端面時，切寬占刀具直徑比ae/D約為40%，應用公式算的fz為 0.20，故 Vf=z*fz*S=1375mm/min；后端面較前端面效率提升16%，且刀具切削狀態正常，符合生產需求。

2.2 速度因子與徑向切削嚙合寬度比ae/D的關系

銑削加工中，在銑刀片刃口切削熱量一定的情況下，在不同的切削嚙合寬度比條件下，可以應用速度因子提升切削速度VC，進而提升加工效率。切削嚙合寬度比ae/D值越小，切削速度VC提升的空間越大，例如ae/D=0.25時，相較于ae/D=0.5的工況，切削線速度Vc可以提升30%，即速度因子取1.3。這方面各大刀具廠家已經做過大量切削試驗進行了驗證。

圖6 速度因子與徑向切削嚙合寬度比關系圖

3 結論

山高平均斷屑厚度理論在我公司提效小組中已被應用，刀具壽命、切削效率均有大范圍的提升，該理論可推廣應用。

參考文獻

[1] 羅利軍. 山高刀具STEP銑削及車削技術2016.8.23.