背吃刀量對車削42CrMoA鋼表面粗糙度及切屑的影響

劉軍壯，郇艷，寧宇

青島工程職業學院 山東青島 266112

1 序言

42CrMoA鋼是一種中碳低合金結構鋼，其強度高，淬透性好，韌性好，淬火時變形小。調質后綜合力學性能好，在高溫工作環境下有高的蠕變強度和持久強度[1]。適宜要求具備一定強度和韌度的機械零件，如機車大齒輪、折彎機的模具、壓力容器中受載荷極大的連桿和彈簧夾，石油深井鉆桿接頭與打撈工具及高溫條件下的連接件（≤530℃）、緊固件（＜510℃）制造[2]。

由于42CrMoA鋼強度高，屬于難切削材料。切削過程中，工件材料的強度越高，切削力、切削功率就越大，切削溫度隨之增高，影響加工的表面粗糙度。由于金屬切削過程是在高溫、高壓及高速狀態下進行，因此切屑的形成機理相當復雜，車削42CrMoA鋼時，容易形成很長的螺卷屑，螺卷屑過長容易纏繞在工件上，影響切削過程的穩定性、操作安全、刀具壽命、生產效率和已加工表面的質量。本文采用硬質合金涂層刀具對調質處理的42CrMoA 鋼進行車削試驗，研究不同背吃刀量對表面粗糙度及斷屑效果的影響[3，4]。

2 試驗設備

（1）機床 本試驗采用數控車床CKD6150A（見圖1），機床主軸最高轉速2200r/min，最大車削長度750mm，卡盤直徑250mm。

圖1 數控車床CKD6150A

（2）刀具 35°V形硬質合金涂層刀片，型號為VNMG160404FF，直線形斷屑槽，槽形代號FF。刀柄為93°主偏角，型號為MVJNR2525M16，試驗采用的切削液為較濃的乳化液，型號為BC20-ART.1200-05。刀具幾何參數見表1。

表1 試驗用刀具幾何參數

（3）工件材料 42CrMoA鋼，規格：φ30mm×360mm；熱處理：調質；表面硬度：30～35 HRC；其化學成分與主要的力學性能分別見表2、表3[5，6]。

表2 42CrMoA鋼的主要化學成分（質量分數） （%）

表3 調質42CrMoA主要力學性能

3 試驗方案及結果分析

（1）試驗方案 硬質合金涂層刀具精車時推薦的切削用量范圍：背吃刀量0.1～0.3mm，進給量0.1～0.3mm/r，轉速1300～1500r/min。加工的工件直徑范圍16～30mm。

為了確定背吃刀量對表面粗糙度及斷屑效果的影響規律，取不同的背吃刀量值進行單因素試驗，把進給量固定在0.15mm/r，從保證提高去除率和工藝剛度的角度考慮，把切削速度固定在110m/min。背吃刀量取0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm、0.35mm、0.4mm、0.5m、1.00mm和1.50mm9個數值，試驗過程中工件從d=27mm開始切，最終切至d=21mm，試驗中轉速不超過1500r/min。

（2）試驗結果及分析 上述試驗方案及試驗數據見表4。在不同背吃刀量下表面粗糙度的測量結果如圖2所示，當切屑呈螺旋狀規則形狀時，Ra值隨著背吃刀量的增加而降低，背吃刀量在0.35～1mm時Ra值較好，均在1.6μm以下。當切屑變為碎屑時，Ra值呈現不規則的變化趨勢，當背吃刀量繼續加大，切屑堆積在前刀面上，切削過程排屑不良導致Ra值升高[7，8]。

表4 試驗數據

圖2 背吃刀量ap對Ra值的影響

在切削時發現，第9組試驗的切屑堆積在前刀面上，切屑堆積到前刀面上不利于切削過程的進行，同時還會影響已加工表面質量和刀具壽命。此組試驗與其他組的唯一差別是背吃刀量最大，第9組ap=1.5mm。從這一因素出發考慮就會發現，隨著切屑寬度增大，一方面切屑太寬不能卷曲形成螺卷屑，另一方面，切屑寬度值超過刀尖圓弧處的斷屑槽形在切削刃長度上的長度值，此時主切削刃處的斷屑槽不起斷屑作用。由于主切削刃處的斷屑槽寬度小，切削刃前角大，切屑經過前刀面時受到斷屑槽的阻礙而堆積在前刀面上，圖3為堆積在前刀面上的切屑形態，切屑的小段彎曲說明斷屑槽阻礙切屑的流動。

圖3 堆積在前刀面上的切屑形態

進給量f=0.15mm/r時，切削過程的切屑折斷后的長度L值隨背吃刀量ap的變化情況如圖4所示。切屑長度隨著背吃刀量的增加先增加后減小，在ap=0.2mm時切屑最長，平均長度為182mm。

圖4 f＝0.15mm/r時切屑長度的變化

圖5為進給量f=0.2mm/r時的切屑長度變化，對比圖4和圖5，斷屑槽的斷屑效果存在一個不理想的背吃刀量范圍，這個范圍隨著進給量的變化而變化，但變化不大，同時也可得出進給量對切屑長度有很大的影響。

圖5 f＝mm/r時切屑長度的變化

4 結束語

1）當切屑呈螺旋狀規則形狀時，Ra值隨著背吃刀量的增加而降低，背吃刀量在0.3～1mm時，Ra值較好，均在1.6μm以下。當切屑變為碎屑時，Ra值變化表現為不規則的變化趨勢，當背吃刀量繼續加大，切屑堆積在前刀面上，切削過程排屑不良導致Ra值升高。

2）車削42CrMoA時，背吃刀量ap對切屑長度的影響確實很大，進給量f對切屑長度也有一定的影響。進給量在0.15mm/r與0.2mm/r時切屑長度隨著背吃刀量的增加先增加后減小，在ap=0.2mm左右時切屑最長，斷屑效果差。