銑削加工產(chǎn)生毛刺的規(guī)律研究

付仙良

（北京天瑪智控科技股份有限公司，北京 100013）

1 試驗方案設(shè)計

銑削加工是閥體加工過程中常用的加工方法。導(dǎo)致銑削加工中產(chǎn)生毛刺的因素有切削速度、進給量以及切削深度等。為減少試驗次數(shù)，增大試驗參數(shù)的代表性，設(shè)計人員采用正交試驗法分析研究不銹鋼閥體銑削加工中產(chǎn)生毛刺的影響因素，確定合適的銑削切削參數(shù)，以減少閥體加工過程中毛刺的產(chǎn)生[1]。

試驗條件如下：加工設(shè)備采用VCN510C立式加工中心；冷卻潤滑方式采用內(nèi)冷3.0 MPa和外冷0.2 MPa；切削液使用8%的乳化液；銑刀型號為瓦爾特F4042.B.063.Z06.15；刀片型號為ADMT160608R-F56 WSM35；刀具直徑為63 mm；工件材料為Y1Cr17不銹鋼，硬度250 HB；切削寬度為30 mm；測量儀器為塞克SK2610B工業(yè)顯微鏡[2]。

結(jié)合刀具推薦的切削參數(shù)，選擇影響銑削加工試驗的各因素及水平，如表1所示。正交試驗方案如表2所示。

銑削加工試驗過程所用的實物主要包括VCN510C立式加工中心、刀具以及工件毛坯[3-4]，具體實物如圖1所示。

2 試驗結(jié)果及其分析

設(shè)計人員按照試驗方案進行銑削加工[5-6]。經(jīng)工業(yè)顯微鏡測量，可得側(cè)面毛刺高度的試驗結(jié)果和極差分析，如表3所示。圖2是用工業(yè)顯微鏡所測的加工表面毛刺的外觀圖片。

表3 銑削加工試驗結(jié)果和極差分析表

從試驗結(jié)果可以直觀看出，試驗16的毛刺高度最小為0.356 1 mm，此時對應(yīng)的切削參數(shù)為進給量0.14 mm·rev-1、切削速度140 m·min-1、切削深度為2 mm。根據(jù)R值的大小可看出，各影響因素的主次關(guān)系為RC>RA>RB。因此，影響銑削加工毛刺高度諸因素的主次順序依次為切削深度、進給量、切削速度。銑削加工產(chǎn)生毛刺高度最小的工藝方案組合是各因素最小值所對應(yīng)的水平，即A4B2C2。

3 試驗結(jié)果討論

銑削加工產(chǎn)生毛刺高度的單因素效應(yīng)曲線圖，如圖3所示。其中，縱坐標(biāo)表示銑削加工產(chǎn)生毛刺的高度，橫坐標(biāo)表示3個影響因素的不同水平。

從圖3可以看出：毛刺高度與每齒進給呈負(fù)相關(guān)，進給量越大，毛刺高度越??；隨著切削速度的增大，毛刺的高度隨之增大；隨著切削深度的增大，毛刺的高度也在增大。因此，通過增大進給量、適當(dāng)減小切削速度和切削深度，可達到降低銑削毛刺高度的目的。

銑削加工產(chǎn)生毛刺的方差分析如表4所示。

表4 銑削加工產(chǎn)生毛刺的方差分析表

由表4可知，切削深度和進給量對毛刺高度的影響效果顯著，而切削速度對銑削加工產(chǎn)生毛刺的高度影響很小。因此，各因素影響的主次順序與極差分析方法的結(jié)果一致。

通過正交試驗法研究影響銑削加工產(chǎn)生毛刺高度的諸多因素，設(shè)計人員可以得到影響銑削加工產(chǎn)生毛刺高度的主次因素依次為切削深度、進給量、切削速度。其中，切削深度對銑削加工毛刺高度的影響最大，進給量的影響次之，切削速度的影響最小。同時，獲得試驗刀具加工不銹鋼材料產(chǎn)生毛刺高度最小的一組工藝方案是A4B2C2，即銑削加工在進給量為0.14 mm·rev-1、切削速度為100 m·min-1、切削深度為3 mm時產(chǎn)生毛刺的高度最小。實際生產(chǎn)中，設(shè)計人員應(yīng)在滿足工藝要求的前提下合理選擇各參數(shù)，既保證銑削效率，又兼顧刀具的使用壽命。

4 應(yīng)對銑削加工毛刺問題的對策

4.1 關(guān)注刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)及涂層

在銑削加工中，工件、刀具以及機床組成了銑削加工工藝系統(tǒng)，其中最活躍的要素是刀具。刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)以及涂層決定刀具切削的性能優(yōu)劣、加工成本大小、應(yīng)用年限長短、加工表面質(zhì)量以及精度。因此，在銑削加工時需要選擇高耐用度的硬度材料或硬質(zhì)合金刀具。這樣不僅可以減小磨損，而且可以大大降低毛刺形成的概率。若經(jīng)濟條件允許，適宜選用具備涂層的刀具，不僅可以降低切削區(qū)溫度，而且可以較易斷屑，不易形成積屑瘤，從而大大減少毛刺的形成[7-8]。

4.2 科學(xué)優(yōu)化設(shè)計銑削加工工藝

科學(xué)優(yōu)化設(shè)計銑削加工工藝可以從以下幾方面著手。一是利用毛刺生成少的加工技術(shù)來降低去毛刺成本。平面加工中適宜采用順銑方式，這是由于順銑的切出層薄而切入層厚，即使形成毛刺也較小，而逆銑會形成較大的毛刺。二是科學(xué)組織加工次序。在前面組織會生成較大毛刺的流程，在后面組織會生成較小毛刺的流程，即利用后面流程去除前面流程形成的毛刺。例如，對于凹輪廓的平面銑削加工，加工流程先銑削上表面，再銑削凹輪廓生成的毛刺。三是科學(xué)選用走刀方向。一般來講，出口毛刺比進口毛刺大，需要盡可能減少出刀次數(shù)，從而減少毛刺。四是科學(xué)選用切削用量。在銑削加工零件時，利用形成大切削的加工手段往往會生成較大的毛刺。大切削的形成會增加切削阻力和切削熱，并加劇刀具磨損，加重材料塑性變形，較易形成大毛刺。因此，在銑削加工時，為了減少形成的毛刺，設(shè)計人員往往降低走刀量和切削深度。五是銑削時選用性能高的切削液。應(yīng)用切削液有助于降低刀具磨損率，延長刀具應(yīng)用年限，潤滑銑削過程，顯著減小毛刺尺寸。六是銑削加工時應(yīng)重視刀具磨損對生成毛刺的影響。在刀具磨損較嚴(yán)重的情況下，無論是刀具切入方向還是刀具退出方向，都會顯著增加毛刺。這種情況下，設(shè)計人員應(yīng)更換刀具，從而減小毛刺形成的幾率。

5 結(jié)語

毛刺生成的問題既復(fù)雜又簡單，還會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。要想切實消除銑削加工的毛刺情況，設(shè)計人員需要在加工時設(shè)計專門的去毛刺工序，實時去除中間加工和其他流程加工導(dǎo)致的附帶毛刺。此外，通過增大進給量、適當(dāng)減小切削速度和切削深度，可達到降低銑削毛刺高度的目的。因此，設(shè)計人員只有正確認(rèn)知毛刺問題，高度關(guān)注生產(chǎn)的每一個流程，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，才可以真正解決毛刺問題。