基于切削力的不銹鋼切削參數優化研究

樊 剛，趙金宇

（沈陽優尼斯智能裝備有限公司 遼寧 沈陽 110142）

1 引言

不銹鋼具有優異的強度、韌性及耐腐蝕性能廣泛應用于航空航天、3C消費電子、石油化工、冶金和食品等行業。

本文試圖通過切削試驗分析主軸轉速S、進給量F、切削深度Dp、切削寬度De[1]等主要因素對不銹鋼切削力的影響規律，從而探尋和優化切削參數[2]。

2 試驗方法

本試驗所用材料為日標SUS316不銹其機械性能及化學成分請見表1與表2。本實驗所使用機床為沈陽優尼斯智能裝備有限公司生產的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格為φ6×50，采用瑞士Kistler測力儀。具體實驗方法參見圖1。

表1 SUS316不銹鋼機械性能

表2 SUS316不銹鋼化學成分

加工參數范圍設定，主軸轉速S=2000r/min～15000r/min、進給量F=200mm/min～2000mm/min、切削深度Dp=0.03mm～0.3mm切削寬度De=1mm～6mm，將以上幾種參數做為本次實驗的幾組測試因子。

圖1 測試方法詳圖

3 實驗效果分析

圖2為進給不同時對機床三軸的切削力影響曲線，此時進給量F為唯一變量，其它切削參數為定量明細如下；主軸轉速S=4000r/min、切深Dp=0.1mm、切寬De=5mm

測試結果如下：

圖2 進給對切削力影響曲線

由圖2曲線可知，在切削SUS316不銹鋼時其它切削參數為定量時，進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（進給軸）反而變化量較小。究其原因是刀具在設計時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軸分力會損傷機床的主軸單元[3]。

圖3為切深不同時對機床三軸的切削力影響曲線，此時切深Dp為唯一變量，其它切削參數為定量明細如下；主軸轉速S=4000r/min、進給量F=800mm/min、切寬De=5mm測試結果如下：

圖3 切深對切削力的影響曲線

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

圖4為切寬不同時對機床三軸的切削力影響曲線，此時切寬De為唯一變量，其它切削參數為定量明細如下；主軸轉速S=4000r/min、進給量F=800mm/min、切深Dp=0.1mm測試結果如下：

圖4 切寬對切削力影響曲線

由圖4曲線可知，在切削SUS316不銹鋼時其它切削參數為定量時，切寬越大切削力越大，當切寬超過到3mm時切削力上升明顯。

圖5為主軸轉速不同時對機床三軸的切削力影響曲線，此時主軸轉速S為唯一變量，其它切削參數為定量明細如下；切寬De=5mm、進給量F=800mm/min、切深Dp=0.1mm測試結果如下：

圖5 主軸轉速對切削力影響曲線

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

4 結語

（1）切削SUS316不銹鋼時，切深不宜超過刀具半徑的5%。（2）切削SUS316不銹鋼時，切寬不宜超過刀具半徑。（3）切削SUS316不銹鋼時，主軸轉速應高于8000r/min。（4）切削SUS316不銹鋼時，進給量越大切削力越大，故若想提高切削效率，調整其它切削參數同時，應保持一個較小的進給量。

[1]周澤華著.金屬切削理論[M].北京：機械工業出版社，1992.

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

[3]張曙,等著.機床創新與設計。東南大學出版社，2014.9ISBN978-7-5641-5171-3.