基于切削力的不銹鋼切削參數(shù)優(yōu)化研究

樊 剛，趙金宇

（沈陽優(yōu)尼斯智能裝備有限公司 遼寧 沈陽 110142）

1 引言

不銹鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性及耐腐蝕性能廣泛應(yīng)用于航空航天、3C消費(fèi)電子、石油化工、冶金和食品等行業(yè)。

本文試圖通過切削試驗(yàn)分析主軸轉(zhuǎn)速S、進(jìn)給量F、切削深度Dp、切削寬度De[1]等主要因素對(duì)不銹鋼切削力的影響規(guī)律，從而探尋和優(yōu)化切削參數(shù)[2]。

2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)所用材料為日標(biāo)SUS316不銹其機(jī)械性能及化學(xué)成分請(qǐng)見表1與表2。本實(shí)驗(yàn)所使用機(jī)床為沈陽優(yōu)尼斯智能裝備有限公司生產(chǎn)的2017款i5M1.4型立式加工中心，刀具采用山特維克鎢金立銑刀規(guī)格為φ6×50，采用瑞士Kistler測力儀。具體實(shí)驗(yàn)方法參見圖1。

表1 SUS316不銹鋼機(jī)械性能

表2 SUS316不銹鋼化學(xué)成分

加工參數(shù)范圍設(shè)定，主軸轉(zhuǎn)速S=2000r/min～15000r/min、進(jìn)給量F=200mm/min～2000mm/min、切削深度Dp=0.03mm～0.3mm切削寬度De=1mm～6mm，將以上幾種參數(shù)做為本次實(shí)驗(yàn)的幾組測試因子。

圖1 測試方法詳圖

3 實(shí)驗(yàn)效果分析

圖2為進(jìn)給不同時(shí)對(duì)機(jī)床三軸的切削力影響曲線，此時(shí)進(jìn)給量F為唯一變量，其它切削參數(shù)為定量明細(xì)如下；主軸轉(zhuǎn)速S=4000r/min、切深Dp=0.1mm、切寬De=5mm

測試結(jié)果如下：

圖2 進(jìn)給對(duì)切削力影響曲線

由圖2曲線可知，在切削SUS316不銹鋼時(shí)其它切削參數(shù)為定量時(shí)，進(jìn)給量越大切削力越大，其中Z軸切削力變化曲線斜率最大，X軸（進(jìn)給軸）反而變化量較小。究其原因是刀具在設(shè)計(jì)時(shí)考慮其本身在軸向剛度最高，故通過刀具螺旋角分力，將切削力主要分在Z軸，但過高的Z軸分力會(huì)損傷機(jī)床的主軸單元[3]。

圖3為切深不同時(shí)對(duì)機(jī)床三軸的切削力影響曲線，此時(shí)切深Dp為唯一變量，其它切削參數(shù)為定量明細(xì)如下；主軸轉(zhuǎn)速S=4000r/min、進(jìn)給量F=800mm/min、切寬De=5mm測試結(jié)果如下：

圖3 切深對(duì)切削力的影響曲線

由圖3曲線可知，在切削SUS316不銹鋼時(shí)其它切削參數(shù)為定量時(shí)，切深越大切削力越大，但Z軸切削分力在切深達(dá)到一定值時(shí)曲線趨勢平緩且有下降趨勢，X軸Y軸分力大于Z軸。

圖4為切寬不同時(shí)對(duì)機(jī)床三軸的切削力影響曲線，此時(shí)切寬De為唯一變量，其它切削參數(shù)為定量明細(xì)如下；主軸轉(zhuǎn)速S=4000r/min、進(jìn)給量F=800mm/min、切深Dp=0.1mm測試結(jié)果如下：

圖4 切寬對(duì)切削力影響曲線

由圖4曲線可知，在切削SUS316不銹鋼時(shí)其它切削參數(shù)為定量時(shí)，切寬越大切削力越大，當(dāng)切寬超過到3mm時(shí)切削力上升明顯。

圖5為主軸轉(zhuǎn)速不同時(shí)對(duì)機(jī)床三軸的切削力影響曲線，此時(shí)主軸轉(zhuǎn)速S為唯一變量，其它切削參數(shù)為定量明細(xì)如下；切寬De=5mm、進(jìn)給量F=800mm/min、切深Dp=0.1mm測試結(jié)果如下：

圖5 主軸轉(zhuǎn)速對(duì)切削力影響曲線

由圖5曲線可知，在切削SUS316不銹鋼時(shí)其它切削參數(shù)為定量時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速越快切削力越小，主軸轉(zhuǎn)速在2000r/min～8000r/min時(shí)切削力隨主軸轉(zhuǎn)速升高下降趨勢明顯，而8000r/min后各軸切削力趨于平穩(wěn)。

4 結(jié)語

（1）切削SUS316不銹鋼時(shí)，切深不宜超過刀具半徑的5%。（2）切削SUS316不銹鋼時(shí)，切寬不宜超過刀具半徑。（3）切削SUS316不銹鋼時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)高于8000r/min。（4）切削SUS316不銹鋼時(shí)，進(jìn)給量越大切削力越大，故若想提高切削效率，調(diào)整其它切削參數(shù)同時(shí)，應(yīng)保持一個(gè)較小的進(jìn)給量。

[1]周澤華著.金屬切削理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]吳沁，張建臣.904L不銹鋼的高速銑削加工[J].現(xiàn)代制造工程，2009，（8）：78-80.

[3]張曙,等著.機(jī)床創(chuàng)新與設(shè)計(jì)。東南大學(xué)出版社，2014.9ISBN978-7-5641-5171-3.