基于數字化測試技術的CVD刀具精車45鋼的工藝參數優化*

王 勝 ， 陳翔飛 ， 陳 聰 ， 陳建新 ， 周明安 ， 鄭志誼

（1.衢州職業技術學院機電工程學院，浙江 衢州 324000；2.浙江赫科智能裝備有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

45鋼具有良好的冷熱加工性能與機械性能，因此被廣泛應用于制造強度高、形狀復雜的數控加工領域。其在數控加工過程中存在表面質量低、切削熱高等問題[1-2]。目前數控加工針對硬鋁合金、模具鋼等材料的加工研究較為普遍，如龐俊忠等[3]研究了高速銑削和高速車削對淬硬鋼的切削力的影響，分析了切削用量的改變導致切削力變化的原因。高超等[4]通過靈敏度分析和工藝參數的區間優化，驗證了粗糙度理論預測模型的準確性。唐林虎等[5]對干式硬態車削淬硬鋼進行試驗研究，揭示了切削速度對切削力和切屑形態的影響規律。付濤等[6]分析了車削和銑削精加工的應力分布情況，并根據應力分布情況實現了加工質量的優化。程耀楠等[7]對車削環境下的高強度鋼的表面質量

等方面進行了綜合比對，得出了最優的加工工藝參數。綜上所述，國內外學者主要針對某金屬表面的單項質量表征和內部組織結構變化進行研究，未涉及刀具涂層對加工表面質量的影響優化研究。鑒于此，本文主要針對CVD涂層刀具在車削45鋼時工藝參數對加工表面質量的影響與優化進行研究。

1 精車45鋼切削機理

數控車削過程沿切削方向上45調質鋼材料切屑斷裂過程如圖1所示。

圖1 45調質鋼切屑斷裂過程

由圖1可知，待去除層切屑形態表現為斷裂與破碎的綜合形態，主要經歷了切屑萌生和斷裂切削的過程，被切削的鋼體材料在CVD涂層刀具的作用下，工件與切削刃進行擠壓與切除過程中，自然形成切削斷裂與微裂紋狀態。隨著工件與切削刀具持續進行相互擠壓與切削運動，切削斷裂前段應力強度因子超出了45調質鋼可承受的斷裂值時，細小的微裂紋便聚集形成主體裂紋并向待加工表面的前下方擴展，隨著工件表面裂紋的集聚，最終擴展至已加工表面形成一定曲面的凹坑，從而影響工件表面的加工質量[8]。

2 試驗

2.1 試驗材料

采用φ45 mm的45鋼毛坯件，其主要成分如表1[9]所示。

表1 45鋼主要化學成分（質量分數，%）

車削試驗刀具，采用特定品牌新型涂層CCMT120404-HFYBC151硬質合金機夾車刀具，刀具幾何參數如表2所示。

表2 刀具的幾何參數

2.2 試驗方法

數控車削加工試驗如圖2所示，機床選擇FANUC車削中心（DL-25MH）進行精車加工，刀具選用特定品牌CVD涂層進行切削，車削試驗全程采用干式切削法進行。

圖2 數控車削加工試驗圖

精車削工藝參數如表3所示，在經驗參數范圍內，研究分析不同工藝參數組合對45鋼車削表面質量、切屑形態等方面的影響規律，優選出表面質量最高的加工工藝參數組合，以最佳表面質量工件為研究對象，深入分析CVD涂層刀具車削45鋼材料的綜合性能[10]。

表3 精車削工藝參數

3 結果與分析

CVD涂層刀具對45鋼進行精車削試驗，觀察其切屑宏觀形態，如圖3所示。不難發現，正交試驗編號為01、02、03的三種切屑形態中，當Vf由0.04 mm·r-1增至0.12 mm·r-1時，切屑形態由細絲狀變為彈簧狀，且表現為細小斷裂的分開趨勢，此切屑形態車削加工中應予以避免。進一步觀察03、07、08號切屑形態，其在9件切屑形態中的表現均勻分布，表現為彈簧狀切屑，且車削過程平穩，加工性能良好。03、07、08號參數的進給速度Vf均為0.12 mm·r-1，由此可知當Vf=0.12 mm·r-1時45鋼的切屑形態最佳[11-13]。

圖3 工藝參數對切屑宏觀形態的影響

4 結論

用特定品牌CVD涂層刀具精車45鋼工件時，獲得的精車削最佳工藝參數為切削速度V=395 m·min-1、進給速度Vf =0.12 mm·r-1、背吃刀量ap=0.5 mm。該參數下精車45鋼工件切屑形態較好。