銑削加工產生毛刺的規律研究

付仙良

（北京天瑪智控科技股份有限公司，北京 100013）

1 試驗方案設計

銑削加工是閥體加工過程中常用的加工方法。導致銑削加工中產生毛刺的因素有切削速度、進給量以及切削深度等。為減少試驗次數，增大試驗參數的代表性，設計人員采用正交試驗法分析研究不銹鋼閥體銑削加工中產生毛刺的影響因素，確定合適的銑削切削參數，以減少閥體加工過程中毛刺的產生[1]。

試驗條件如下：加工設備采用VCN510C立式加工中心；冷卻潤滑方式采用內冷3.0 MPa和外冷0.2 MPa；切削液使用8%的乳化液；銑刀型號為瓦爾特F4042.B.063.Z06.15；刀片型號為ADMT160608R-F56 WSM35；刀具直徑為63 mm；工件材料為Y1Cr17不銹鋼，硬度250 HB；切削寬度為30 mm；測量儀器為塞克SK2610B工業顯微鏡[2]。

結合刀具推薦的切削參數，選擇影響銑削加工試驗的各因素及水平，如表1所示。正交試驗方案如表2所示。

銑削加工試驗過程所用的實物主要包括VCN510C立式加工中心、刀具以及工件毛坯[3-4]，具體實物如圖1所示。

2 試驗結果及其分析

設計人員按照試驗方案進行銑削加工[5-6]。經工業顯微鏡測量，可得側面毛刺高度的試驗結果和極差分析，如表3所示。圖2是用工業顯微鏡所測的加工表面毛刺的外觀圖片。

表3 銑削加工試驗結果和極差分析表

從試驗結果可以直觀看出，試驗16的毛刺高度最小為0.356 1 mm，此時對應的切削參數為進給量0.14 mm·rev-1、切削速度140 m·min-1、切削深度為2 mm。根據R值的大小可看出，各影響因素的主次關系為RC>RA>RB。因此，影響銑削加工毛刺高度諸因素的主次順序依次為切削深度、進給量、切削速度。銑削加工產生毛刺高度最小的工藝方案組合是各因素最小值所對應的水平，即A4B2C2。

3 試驗結果討論

銑削加工產生毛刺高度的單因素效應曲線圖，如圖3所示。其中，縱坐標表示銑削加工產生毛刺的高度，橫坐標表示3個影響因素的不同水平。

從圖3可以看出：毛刺高度與每齒進給呈負相關，進給量越大，毛刺高度越小；隨著切削速度的增大，毛刺的高度隨之增大；隨著切削深度的增大，毛刺的高度也在增大。因此，通過增大進給量、適當減小切削速度和切削深度，可達到降低銑削毛刺高度的目的。

銑削加工產生毛刺的方差分析如表4所示。

表4 銑削加工產生毛刺的方差分析表

由表4可知，切削深度和進給量對毛刺高度的影響效果顯著，而切削速度對銑削加工產生毛刺的高度影響很小。因此，各因素影響的主次順序與極差分析方法的結果一致。

通過正交試驗法研究影響銑削加工產生毛刺高度的諸多因素，設計人員可以得到影響銑削加工產生毛刺高度的主次因素依次為切削深度、進給量、切削速度。其中，切削深度對銑削加工毛刺高度的影響最大，進給量的影響次之，切削速度的影響最小。同時，獲得試驗刀具加工不銹鋼材料產生毛刺高度最小的一組工藝方案是A4B2C2，即銑削加工在進給量為0.14 mm·rev-1、切削速度為100 m·min-1、切削深度為3 mm時產生毛刺的高度最小。實際生產中，設計人員應在滿足工藝要求的前提下合理選擇各參數，既保證銑削效率，又兼顧刀具的使用壽命。

4 應對銑削加工毛刺問題的對策

4.1 關注刀具材料、刀具結構及涂層

在銑削加工中，工件、刀具以及機床組成了銑削加工工藝系統，其中最活躍的要素是刀具。刀具材料、刀具結構以及涂層決定刀具切削的性能優劣、加工成本大小、應用年限長短、加工表面質量以及精度。因此，在銑削加工時需要選擇高耐用度的硬度材料或硬質合金刀具。這樣不僅可以減小磨損，而且可以大大降低毛刺形成的概率。若經濟條件允許，適宜選用具備涂層的刀具，不僅可以降低切削區溫度，而且可以較易斷屑，不易形成積屑瘤，從而大大減少毛刺的形成[7-8]。

4.2 科學優化設計銑削加工工藝

科學優化設計銑削加工工藝可以從以下幾方面著手。一是利用毛刺生成少的加工技術來降低去毛刺成本。平面加工中適宜采用順銑方式，這是由于順銑的切出層薄而切入層厚，即使形成毛刺也較小，而逆銑會形成較大的毛刺。二是科學組織加工次序。在前面組織會生成較大毛刺的流程，在后面組織會生成較小毛刺的流程，即利用后面流程去除前面流程形成的毛刺。例如，對于凹輪廓的平面銑削加工，加工流程先銑削上表面，再銑削凹輪廓生成的毛刺。三是科學選用走刀方向。一般來講，出口毛刺比進口毛刺大，需要盡可能減少出刀次數，從而減少毛刺。四是科學選用切削用量。在銑削加工零件時，利用形成大切削的加工手段往往會生成較大的毛刺。大切削的形成會增加切削阻力和切削熱，并加劇刀具磨損，加重材料塑性變形，較易形成大毛刺。因此，在銑削加工時，為了減少形成的毛刺，設計人員往往降低走刀量和切削深度。五是銑削時選用性能高的切削液。應用切削液有助于降低刀具磨損率，延長刀具應用年限，潤滑銑削過程，顯著減小毛刺尺寸。六是銑削加工時應重視刀具磨損對生成毛刺的影響。在刀具磨損較嚴重的情況下，無論是刀具切入方向還是刀具退出方向，都會顯著增加毛刺。這種情況下，設計人員應更換刀具，從而減小毛刺形成的幾率。

5 結語

毛刺生成的問題既復雜又簡單，還會直接影響產品質量。要想切實消除銑削加工的毛刺情況，設計人員需要在加工時設計專門的去毛刺工序，實時去除中間加工和其他流程加工導致的附帶毛刺。此外，通過增大進給量、適當減小切削速度和切削深度，可達到降低銑削毛刺高度的目的。因此，設計人員只有正確認知毛刺問題，高度關注生產的每一個流程，嚴把質量關，才可以真正解決毛刺問題。