逆-順銑方式對鈦合金TC4高速切削過程影響的比較研究

何光春

摘要：本文采用仿真軟件模擬了PCBN對TC4鈦合金進行高速干式切削過程，研究了逆銑-順銑對鈦合金高速切削過程量的影響規律。結果表明，逆銑時的切屑更易卷曲，相較于順銑多30%，但不易斷屑，易于產生毛刺;與逆銑相比，順銑時的切削溫度較低，利于斷屑、刀具壽命及零件表面質量;在主切削力和切削熱累積雙重作用下，逆銑后期刀具抗彎強度很不利，而逆銑時次切削力方向呈y正向不利于切削過程的平穩性。

關鍵詞：逆銑與順銑;切屑形成;斷屑

0? 引言

銑削是機械加工應用中最廣泛的加工方式之一，根據銑刀與工件接觸部分的旋轉方向和切削進給方向之間的關系，分為順銑和逆銑[1-3]，原理如圖1所示。上述兩種銑削方式對切屑形成會產生何種影響，是機械加工領域中的關鍵問題，主要是因為它直接或間接影響零件表面質量、刀具磨損等。鑒于此，本文基于有限元數值模擬技術，以PCBN刀具對鈦合金TC4進行切削加工過程仿真，以期研究不同銑削方式對切削進程的影響規律，進而為實際生產提供理論指導依據。

1? 實驗方案

為了研究逆銑、順銑對高速切削鈦合金切屑形成的影響，因此，除切削方式外，其他參數保持恒定，見表1。采用通用有限元分析軟件，為了縮短計算時間，以二維銑削進行模擬，設定零件x、y向及刀具y向的自由度為0，而刀具x向則以擬定切削速度對鈦合金TC4進行切削加工。

2? 結果分析

2.1 切屑形成與切削溫度

圖2所示為逆銑和順銑高速切削鈦合金TC4時的切屑形態和切削溫度。從圖中可以看出，在相同切削長度的情況下，逆銑比順銑的切屑卷曲更劇烈，至少多卷曲30%。并且，從斷屑情況來看，逆銑時，切屑前薄后厚，不易斷屑，極易產生粗大毛刺;順銑時，切屑前厚后薄，重心置前，易于斷屑，也不產生毛刺。

切削溫度帶圖表明，逆銑時瞬時高溫遠遠大于順銑，局部溫度比順銑高60%，對切削過程產生顯著影響。一是高切削溫度容易導致切屑軟化嚴重，強度降低，在外力或重力做一下不易折斷，不利于切削過程順利進行;二是高切削溫度容易“破壞”零件表明性能;三是高切削溫度更易導致刀具磨損加劇，從而縮短刀具使用壽命。

2.2 切削力

圖3 所示為高速銑削鈦合金TC4時的切削力圖。順銑時的主切削力迅速攀升到約440N，而逆銑初期的主切削力很小，這與兩種銑削方式的切削厚度有關，如2.1所述。繼續切削，順銑的主切削力逐漸下降，而逆銑的主切削力則逐步升高。從圖中可見，順銑時主切削力最高點略高于逆銑，因初期切削熱對零件材料軟化作用弱，且順銑初期的切削厚度大，切削阻力高;但到切削后期，切削熱累積對待加工材料具有較高的軟化效應，此時雖然逆銑的切削厚度與順銑初期相當，但切削阻力相對較小些。另外，逆銑后期切削阻力高，而由于切削熱累積對刀具軟化效應較明顯，降低了其抗彎強度，顯然對切削不利。

順銑時次切削力變化趨勢與其主切削力類似，且峰值最高約200N;而逆銑次切削力比較平穩，其峰值達約120N。從圖1所示原理圖可知，順銑時次切削力方向是y負向，逆銑則是y正向。

順銑時的次切削力把零件壓緊在工作臺上，不管其值高低，不至于產生附加切削振動，有利于提高零件表面加工質量和刀具壽命;逆銑時的次切削力使零件從工作臺上抬升的趨勢，容易產生切削振動，對零件表面質量和刀具壽命極為不利，甚至會嚴重影響零件加工尺寸而造成加工廢品。因此，逆銑時次切削力顯然不能太高。

3? 結論

逆銑時斷屑困難，易出現毛刺，切削溫度高，易振動，刀具壽命短，零件表面質量不高。順銑時切削溫度較低，切屑卷曲程度小，易斷屑，切削過程平穩。

參考文獻：

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