基于單因素法和正交法加工淬硬鋼斜面表面質量控制分析

邵博+王卓群+劉德華

摘 要 采用單因素法進行實驗，得到各切削參數對表面質量的影響程度。再結合正交實驗，對結果進行極差計算，得到極差分析表。通過對比分析，進一步確定各切削參數對表面質量的影響程度，從而得出逆銑和順銑時的較優參數組合，為生產實踐提供參考。

關鍵詞 單因素法 正交法 淬硬鋼 表面質量 分析研究

中圖分類號：TG506.1 文獻標識碼：A

Machining Hardened Steel Bevel Surface Quality Control Analysis

Based on Single Factor Method and Orthogonal Method

SHAO Bo， WANG Zhuoqun， LIU Dehua

（Xingtai Polytechnic College， Xingtai， Hebei 054000）

Abstract Experiment to obtain the degree of influence of each parameter on the cutting surface quality single-factor method. Combined with orthogonal experiment， the results were very poor calculation， the range analysis tables. Through comparative analysis， to further determine the extent of cutting parameters influence on surface quality， to arrive at the optimum combination of parameters when milling rolls， to provide a reference for the production practices.

Key words single factor method； orthogonal method； hardened steel； surface quality； analysis and research

0 引言

目前，采用淬硬鋼制造的模具所占比例較大，它的硬度可達62HRC。對于模具表面進行拋光是必不可少的，但這會影響到加工精度的穩定性、加工效率低和成本高等。隨著新型超硬刀具材料和高速機床的發展，使得采用銑削加工的方式加工淬硬鋼等硬材料成為可能。

1 實驗研究

通過對斜面傾角、軸向切深Ad、徑向切深Rd、銑削速度Vc、進給速度Vf等五個參數組合實驗，對實驗結果進行分析，從而確定出相對合理的參數組合，為實際應用提供參考。

1.1 實驗條件

本實驗用到的工件材料為經淬火處理后其硬度可達48HRC的45鋼。刀具材料為直徑4mm的雙刃細微粒碳化鎢鋼球頭銑刀。

實驗用的設備為：YCM-V85A立式加工中心，YDX-III9702測力儀，YD-1加速度傳感器，Taylor surf5- 60觸針式電動輪廓儀。

1.2 數據處理方式

通過采用單因素法和正交試驗法來實現數據的處理。首先通過單因素實驗找出影響切削力、振動、加工表面質量的因素，然后將這些因素納入到正交試驗的因素當中。通過正交試驗，可得出在各切削因素和所對應的工件傾角的綜合作用下，表面粗糙度所受到的影響，經過對比分析，可以確定出最好的參數組合。

2 單因素實驗及結果分析

2.1 實驗設計

本實驗主要通過選取斜面傾角€%a、軸向切深Ad、徑向切深Rd、銑削速度Vc、進給速度Vf等五個加工要素做為單因素考察對象。

2.2 實驗結果分析

2.2.1 Vc的影響

通過選擇下面的四種銑削速度：50m/min、60m/min、70m/min、80m/min；分別與固定的軸向切深0.2mm，徑向切深0.12mm，進給速度668.4mm/min，傾角45€白楹銑傷淖槭笛槭萁惺笛欏？

通過分析，可以看出，向上銑削時，隨著切削速度的增加，表面粗糙度是先急劇增加后下降再增加，主要原因在于小切削速度時，受到刀具在工件表面停留時間較長和加工系統振動的影響所致；向下銑削時，表面粗糙度隨銑削速度增加而增加。經對比，采取向下銑削的方式比向上銑削的方式要好。

2.2.2 Rd的影響

通過選擇下面的四種徑向切深：0.10mm、0.12mm、0.14mm、0.16mm；分別與固定的軸向切深0.2mm，銑削速度70m/min，進給速度668.4mm/min，傾角45€白楹銑傷淖槭笛槭萁惺笛欏？

通過分析，可以看出，當徑向切深增大時，沿斜面向上銑削得到的表面粗糙度數值均比較小，且向上銑削和向下銑削時的表面粗糙度數值均緩慢增加，增幅較小，所以在條件一定的情況下，增加徑向切深來提高加工效率是一種選擇。

2.2.3 Ad的影響

通過選擇下面的四種軸向切深：0.15mm、0.20mm、0.25mm、 0.30mm；分別與固定的徑向切深0.12mm，銑削速度70m/min，進給速度668.4mm/min，傾角45€白楹銑傷淖槭笛槭萁惺笛欏？

通過分析，可以看出，隨著軸向切深的增加，沿著兩個方向銑削得到的粗糙度數值均增加，但向上銑削時的表面粗糙度數值較小。軸向切深的增加實質上就相當于切削力的增大，導致振動增加，最終影響到粗糙度數值的變化。

2.2.4 Vf的影響

通過選擇下面的四種進給速度：222.8 mm/min、445.6 mm/min、668.4mm/min、891.2 mm/min；分別與固定的徑向切深0.12mm，銑削速度70m/min，軸向切深0.2mm，傾角45€白楹銑傷淖槭笛槭萁惺笛欏？endprint

通過分析，可以看出，隨著進給速度的增大，沿兩個方向銑削得到表面粗糙度都是在逐漸增大的。在Vf<445.6mm/min時，沿斜面向上銑削時的表面粗糙度數值較大；在Vf>445.6mm/min時，沿斜面向下銑削時的表面粗糙度數值較大。

2.2.5 的影響

通過選擇下面的四種傾角：30€啊？5€啊？0€啊？5€埃環直鷯牘潭ǖ木斷蚯猩？.12mm，銑削速度70m/min，軸向切深0.2mm，進給速度668.4mm/min組合成四組實驗數據進行實驗。

通過分析，可以看出，向上銑削時，隨著傾角的增加，表面粗糙度值比較平緩，變化不大；向下銑削時，在<45€埃礱媧植詼仁抵鸞ハ陸擔冢？5€笆保礱媧植詼仁抵鸞ピ黽櫻？= 45€笆北礱媧植詼瘸魷腫钚≈怠？

3 正交實驗及結果分析

3.1 實驗設計

我們將在單因素分析中對加工表面質量影響較大的因素納入到正交試驗當中；同時采用沿斜面向下逆銑和沿斜面向上銑順銑這兩種方式進行正交試驗，比較在各因素綜合作用下對加工表面質量的影響。根據因素確定用L16（45）正交實驗表，各參數組合選取如表1所示。

表1 正交實驗表

3.2 實驗結果的極差分析

根據表1的參數組合進行實驗，可以得出不同參數組合下的表面粗糙度情況。通過對實驗結果進行極差分析，就可以得到比較優化的參數。

3.2.1 沿斜面向下逆銑時的極差分析

通過對表面粗糙度數值進行極差計算，得出極差分析表，從中可以得到各切削要素和斜面傾角對高速銑削時表面粗糙度的影響：>>>>。要獲得較好的表面加工質量，較好的參數組合為： = 30€？45€埃？= 5570rpm， = 0.06mm， = 0.04mm， = 0.06mm。

3.2.2 沿斜面向上順銑時的極差分析

通過對表面粗糙度數值進行極差計算，得出極差分析表，從中可以得到各切削要素和斜面傾角對高速銑削時表面粗糙度的影響：>>>>。要獲得較好的表面加工質量，較好的參數組合為： = 30€埃？= 5570rpm， = 0.06mm， = 0.08mm， = 0.02mm。

4 結論

本文首先采用單因素法進行實驗，得到各銑削參數對表面粗糙度的影響程度，再結合正交實驗，對實驗結果進行極差計算，得到極差分析表，通過分析對比，進一步確定各銑削參數對表面粗糙度的影響程度，從而得出逆銑和順銑時的較優參數組合。

參考文獻

[1] 楊廣勇.超高速切削時的T-v關系與切削力.北京理工大學學報，1996.16（3）.

[2] 胡創國，張定華，汪文虎.難加工材料切削機理研究的新進展.力學進展，2004：34.endprint