35CrMnSiA 難加工材料切削加工性能研究

文 武， 劉讓賢， 夏 青， 王 營

（1.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心， 北京 100044； 2. 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 張家界 427000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新材料不斷出現(xiàn)，這些材料具有優(yōu)異的機(jī)械物理性能，但由于材料結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，切削加工時(shí)遇到許多困難。 目前， 難加工材料在切削加工領(lǐng)域日益增多，難加工材料的切削加工技術(shù)已引起國內(nèi)外人們的普遍關(guān)注， 各國機(jī)械行業(yè)正在紛紛發(fā)新型刀具材料[1]，改進(jìn)加工設(shè)備， 力圖提高難加工材料的切削加工效率和加工精度[2-5]。 美國、德國、英國等國家都先后建立了切削數(shù)據(jù)的研究和服務(wù)中心，針對(duì)難加工材料的切削用量，幾何參數(shù)等進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究[6]，經(jīng)過幾十年的努力，現(xiàn)在已能提供成熟的切削數(shù)據(jù)。

我國在難加工材料方面的研究起步較晚， 大連理工大學(xué)針對(duì)FV520B 不銹鋼材料展開了低溫射流輔助銑削實(shí)驗(yàn)，以及切屑微觀形貌演化金相圖譜，研究低溫射流溫度對(duì)切削加工性的影響規(guī)律、 切屑變形表征參數(shù)隨切削速度和低溫射流溫度的變化規(guī)律并分析了原因[7]。 陜西理工大學(xué)通過對(duì)300M、A-100 兩種超高強(qiáng)度鋼以及TC18鈦合金進(jìn)行鉆削試驗(yàn)， 并在試驗(yàn)過程中測(cè)量了不同參數(shù)下的鉆削力，對(duì)鉆削力進(jìn)行了分析研究[8]。 上海航天設(shè)備制造總廠設(shè)計(jì)了超低溫切削的切屑形成試驗(yàn)方案，對(duì)TC4 鈦合金和35CrMnSiA 低合金高強(qiáng)度鋼這兩種典型難加工材料的鋸齒形切屑進(jìn)行宏觀與微觀形貌分析[9]。

1 試驗(yàn)方法和方案

1.1 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)均在辛辛那提HAWK TC-150 機(jī)床上進(jìn)行，刀具采用株洲刀具廠生產(chǎn)的YB415 三角（TNGA）涂層刀具（帶斷屑槽），難加工材料35CrMnSiA 直徑為150mm 的管材。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)包括單因素試驗(yàn)和多因素正交試驗(yàn)， 采用不同的進(jìn)給量f、切削深度ap和主軸轉(zhuǎn)速n，根據(jù)測(cè)得的切屑厚度計(jì)算它的變形率，試驗(yàn)參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

單因素試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，切削變形率在逐步增大，并且在相同的主軸轉(zhuǎn)速條件下，切削深度越大，變形率就越大。

圖1 不同切削用量條件下變形率的趨勢(shì)圖

其他加工條件不變的情況下， 隨著進(jìn)給量的f 的減小，變形率反而增大，隨著切削深度ap的減小，變形率也減小。對(duì)獲得的切削變形數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到變形率與進(jìn)給量的f， 切削深度ap以及切削速度vc的回歸模型和切削變形趨勢(shì)圖，該模型的R2=98.35%。

圖2 反映變形率、 切削深度ap和進(jìn)給量f 三者之間的關(guān)系。 三維圖形表示不同加工參數(shù)對(duì)切屑變形的影響趨勢(shì)，在等高線圖上，同一條線的點(diǎn)變形率是相等的，隨著切削深度ap的增加，變形率的增加趨勢(shì)在逐步減少。

圖2 進(jìn)給量、切削深度與變形率的趨勢(shì)圖

圖3 ap=0.25mm，f=0.05mm/r，轉(zhuǎn)速n=1000r/min 條件下的顯微組織形狀

圖3 為ap=0.25mm，f=0.05mm/r，n=1000r/min 加 工 條件下的切屑顯微組織形狀，該切屑外表面呈鋸齒形，為擠裂切屑，切屑厚度約為50μm，齒尖到齒谷的部分為自由變形，厚度約為30μm，而從齒谷到底面的部分是切屑受到前刀面擠壓和摩擦產(chǎn)生的， 使靠近前刀面出金屬纖維化，基本上和前刀面相平行，厚度約為20μm，切屑的厚度與齒谷到底面的厚度的比值為2.5，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該切屑厚度的平均值為0.07mm，變形率為3.42。

圖4 是 在ap=0.5mm，f=0.05mm/r，n=3500r/min 條 件下的顯微組織形狀，該切屑呈鋸齒形，屬于擠裂切屑，該切屑的厚度約為70μm， 切屑的齒尖到齒谷部分約為50μm，而齒谷到底面厚度約為20μm，切屑厚度與齒谷到底面的厚度的比值為3.5，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該切屑厚度的平均值為0.09mm，計(jì)算出的變形率為5.26，從500 倍的切屑形貌上可清晰地看出齒尖到谷底部分與齒谷到底面部分的分界線，分界線上下兩部分的組織發(fā)生了改變。

圖4 ap=0.5mm，f=0.05mm/r，n=3500r/min 條件下的顯微組織形狀

3 結(jié)論

通過使用三角 （TNGA） 涂層刀具對(duì)難加工材料35CrMnSiA 的切削性能試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

（1）35CrMnSiA 加工切屑呈鋸齒形，屬于擠裂切屑。

（2）切削深度對(duì)35CrMnSiA 的切削加工性能的影響最大，隨著切削深度ap的增加，變形率的增加趨勢(shì)在逐步減少。

（3） 回歸分析建立的變形率與切削參數(shù)模型在數(shù)理統(tǒng)計(jì)上是可信的，具有參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。