高速軸向車銑45鋼刀具磨損的研究*

孫 勇

(沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110159)

車銑技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)切削加工方法，由于其獨(dú)特的切削過(guò)程，易于對(duì)回轉(zhuǎn)體(特別是大型回轉(zhuǎn)體)實(shí)現(xiàn)高速切削，可大大提高生產(chǎn)效率。

1 軸向車銑加工的特點(diǎn)

車銑的典型加工方法如圖1所示，軸向車銑是其中一種基本加工方法，其主要特點(diǎn)為［1-4］:

(1)軸向車銑是間斷切削，因此無(wú)論加工何種材料的工件都能得到較短的切屑，易于自動(dòng)除屑。

(2)間斷切削使刀具有充足的冷卻時(shí)間，刀具切削溫度相對(duì)較低。

(3)由于切削速度主要是由刀具的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，因此不需使工件高速旋轉(zhuǎn)也能實(shí)現(xiàn)高速切削，能有效消除因工件偏心而引起的振動(dòng)，使得切削過(guò)程比較平穩(wěn)，有利于減小被加工工件的形狀誤差。

(4)工件轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，加工薄壁件時(shí)幾乎沒(méi)有由于離心力產(chǎn)生的變形。

(5)多刃切削過(guò)程平穩(wěn)，刀具磨損小，這對(duì)新型難加工材料和大型回轉(zhuǎn)體毛坯的加工十分有益。

由于軸向車銑加工過(guò)程是采用銑削方法加工回轉(zhuǎn)體，在切削過(guò)程中刀具的磨損特點(diǎn)與車削和銑削均有所不同，因此有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究。

2 試驗(yàn)設(shè)備及材料

試驗(yàn)?zāi)笝C(jī)為3263B型數(shù)控車床改造而成，切削用高速電主軸為TSSV150～18000/7.5型電主軸，采用變頻調(diào)速，油霧潤(rùn)滑，調(diào)速范圍(無(wú)級(jí))為0～18 000 r/min，額定輸出功率7.5 kW(如圖2)。

銑刀型號(hào):CoroMill390(2齒、直徑25 mm)。

刀片材料及牌號(hào):(1)TiN涂層，R390-11 T3 08M-PL 4030;(2)金屬陶瓷，R390-11 T3 08E-PL 530。

工件材料:45鋼。

3 試驗(yàn)及分析

3.1 水冷下的刀具磨損

試驗(yàn)條件:切削速度392 m/min(銑刀轉(zhuǎn)速5 000 r/min)，工件轉(zhuǎn)速5 r/min，切深0.5 mm，工件直徑150 mm，逆銑，水溶乳化液冷卻。

試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。在采用乳化液冷卻的條件下，兩種材料刀具使用壽命均較短，正常切削長(zhǎng)度不超過(guò)70 m。金屬陶瓷刀片磨損比較快，初期磨損階段與劇烈磨損階段幾乎相連，正常磨損階段很短。TiN涂層刀片的磨損較慢，在切削長(zhǎng)度達(dá)到35 m以后，有一段較為明顯的正常磨損階段。分析原因得到，高速軸向車銑45鋼時(shí)，切削區(qū)溫度很高，此時(shí)切削區(qū)內(nèi)刀具的磨損形式主要為擴(kuò)散磨損、氧化磨損，而TiN涂層能夠?qū)η邢鲄^(qū)內(nèi)的擴(kuò)散、氧化起到一定的阻礙作用。同時(shí)，在高速銑削過(guò)程中澆注冷卻液，刀片要承受比較劇烈的熱交變載荷，金屬陶瓷刀片耐磨性、紅硬性好，但抵抗熱沖擊能力較差，因而TiN涂層刀片的磨損比金屬陶瓷刀片慢。

3.2 干切削下的刀具磨損

采用同樣條件進(jìn)行干切削，結(jié)果如圖4所示。在干切削條件下，TiN涂層刀片使用壽命仍然高于金屬陶瓷，主要原因與水冷切削類似，涂層刀片比金屬陶瓷刀片能更好地抑制擴(kuò)散磨損和氧化磨損。

另外，通過(guò)與圖3的對(duì)比可知，采用干切削時(shí)，無(wú)論是TiN涂層刀片還是金屬陶瓷刀片，刀具的磨損速度都大為降低。這是由于采用干式高速車銑加工45鋼，雖然切削溫度比水冷切削要高，但刀齒在切削過(guò)程中的冷熱溫差較小，承受的熱沖擊程度反而大幅降低，因而刀具的磨損更慢。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)切削速度在392 m/min下，采用TiN涂層刀片和金屬陶瓷刀片軸向車銑45鋼進(jìn)行了刀片磨損對(duì)比試驗(yàn)，得到以下結(jié)論:

(1)采用干切削的刀具耐用度遠(yuǎn)高于采用水溶乳化液冷卻的刀具耐用度。

(2)TiN涂層刀片比金屬陶瓷刀片更適合高速切削45鋼。

［1］SCHULZ H.High speed turn-milling a new precision manufacturing technology for the machining of rotationally symmetrical workpieces［J］.Annals of the CIRP，1990，39(1):107-109.

［2］姜增輝，賈春德.軸向車銑理論切削力的研究［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005，41(9):86-90.

［3］DANIEL A.Oberfl?chenfeingestalt beim achsparallelen innen-und auβendrehfr?sen［D］.Darmstadt:TH Darmstadt，1994.

［4］STRATE H.Bearbeitungszentrum zum komplettbearbeiten in einer aufspannung［J］.Werkstatt und betrieb，1986(4):307-311.