45碳素鋼端銑頻率特性與表面粗糙度相關性實驗研究

谷月　江帆　李明震

摘 要：本文以45號碳素結構鋼為研究對象，通過振動測試儀獲取銑削加工時的振動信號，使用頻率特性分析和試驗研究手段，對銑削后的工件的表面粗糙度與振動頻率特性進行相關性分析，獲取表面粗糙度和刀具振動頻率特性之間的關系。分析試驗中產生的振動，得出銑削參數對振動頻率的影響。

關鍵詞：高速銑削；頻率特性；粗糙度

中圖分類號：TG54 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0088-02

1 引言

工件的表面粗糙度以及表面形貌是描述和評價構件表面質量的重要特征。其優劣對構件的耐磨性能、疲勞性能、應力腐蝕性能等具有重要的決定作用[1]。由斷裂力學相關知識可知，表面粗糙度越大，應力集中越嚴重，因此會降低零件的疲勞強度，這種現象對高強度合金材料更為突出[2]。

I.S.Jawahir等[3]對銑削材料過程中的表面粗糙度特征研究的最新情況進行了綜述性報道。J.Sun等[4]的研究了TC4端銑加工后工件的表面粗糙度，在研究參數范圍內，隨進給量的增加和軸向切深增大，表面粗糙度值升高，而切削速度的增大會導致其略微減小。G.A.Ibrahim等[5]研究了在銑削速度為55～95m/min之間時，干切削條件下TC4的表面完整性，研究表明得到的表面粗糙度值都在1～4μm之間。

2 材料及實驗

2.1 實驗材料

本次實驗選用樣品為45號鋼，在機械工程中使用范圍很廣。

2.2 實驗設備

本研究采用VMC-850數控加工中心作為實驗設備，銑刀為四刃平頭端銑刀，代號為GM-4E-D8，刀具直徑φ=8mm。

2.3 實驗設計

本試驗采用單因素實驗設計，切削深度為0.4mm，轉速分別為2500r/min、到6000r/min，增量為500r/min，進給速度分別為100mm/min到275mm/min，增量為25mm/min，對樣件進行端銑。

2.4 加工后表面粗糙度

對實驗樣件進行粗糙度檢測，得到以下粗糙度值，如表1。

3 振動頻率和表面粗糙度的一元線性回歸分析

一元線性回歸分析又稱直線擬合，是處理兩個變量之間關系的最簡單模型。本文將振動頻率作為自變量，表面粗糙度作為因變量，在直角坐標系中畫出Ra-f散點圖，如圖1，從圖中可以看出，這些點近似于直線分布。

將振動頻率和表面粗糙度數據輸入到SPSS軟件，對其進行回歸分析。得到的結果如表2至表4所示。

由上可見，調整后的判定系數為0.844，擬合度較高，不被解釋的變量較少。由回歸方程顯著性檢驗的概率為0，小于顯著性水平0.05，則認為系數不同為0時，表面粗糙度與振動頻率全體的線性關系是顯著的，可建立線性方程。

4 結語

（1）銑削加工45號鋼表面粗糙度隨著主軸轉速的增大而減小，隨著進給速度的增大而增大。（2）在試驗的參數范圍內，振動頻率隨著主軸轉速的增大而減小。在100～200mm/min的范圍內，振動頻率隨著進給速度的增大而增大，當超過200mm/min時，振動頻率隨著進給速度的增大改變不明顯。（3）主軸轉速對表面粗糙度影響顯著，而進給速度對表面粗糙度無顯著影響。（4）表面粗糙度與振動頻率全體的線性關系是顯著，且呈正相關。因此，隨著振動頻率的增大，45號鋼的銑削表面粗糙度也會增大。

參考文獻

[1]中國機械工程學會鍛壓學會·鍛壓手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]張東初，裴旭明.加工工藝對表面粗糙度及疲勞壽命的影響[J].中國機械工程，2003，14（16）：1374-1377.

[3]Jawahir I S， Brinksmeier E， M Saoubi R， et al. Surface integrity in material removal processes： recent advances[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2011，60：603-626.

[4]Sun J， Guo Y B. A comprehensive experimental study on surface integrity by end milling Ti-6Al-4V[J].Journal of Materials Processing Technology，2009，209：4036-4042.

[5]AIbrahim G A， Haron C H C， Ghani J A， et al. The effect of dry machining on surface integrity of titanium alloy Ti-6Al-4V ELI[J].Journal of Applied Sciences，2009，9（1）：121-127.