黄绍华，贺凤宝，张 伟，胡建忠

(大连工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 大连 116034)

42CrMo 是一种超高强度钢，韧性塑性高，具有良好的淬透性，导热性差，属于难加工材料。调质处理后的42CrMo 能抗多次冲击能力和较高的疲劳极限，硬度较高，在38-42HRC 之间，且不容易断屑，较长的切屑在加工过程中易导致排屑困难。铣削可以加工零件的端平面，侧面，曲面等［1-2］。铣削分为立铣和卧铣，加工效率高，是机械加工行业常用的切削方式之一。随着制造业的飞速发展，对切削行业提出了更高的要求，尤其是对刀具本身的应用。

本文所要改进的铣刀，是针对南京某公司铣削汽车连杆所用铣刀。该公司刚开始用的铣刀参数如表1 所示。此铣刀只能加工64 件连杆，不能满足零件加工要求，根据客户的要求，我们对铣刀的参数进行改进，以提高铣刀的寿命。

观察客户使用的刀具，发现铣刀圆周刀刃出现崩刃，使得铣刀不能继续使用，降低了刀具的寿命。为了提高铣刀的寿命，应找出铣刀出现崩刃的原因。刀具出现崩刃的原因有很多，通常考虑的是切削刃的强度不够，而影响切削刃强度的几何参数是刀具楔角，楔角的大小又是由刀具切削刃的前角和后角决定。所以我们改变刀具的前角和后角，通过实验观察角度对刀具寿命的影响。另外，刀具的材料也直接影响切削刃的强度［3-4］。我们进行以下改进试验，以提高铣刀的寿命。

表1 改进前铣刀参数

1 试验条件

1.1 被加工工件

汽车连杆高度为76.4mm 的上下两个端面为被加工表面，如图1 粗黑线所示平面，工件材质为42CrMo。

图1 汽车连杆

1.2 试验设备

美国STAR PTG6 数控磨床，用来制造试验用的铣刀。

大连吉瑞刀具技术股份有限公司研制的刀具参数几何测量仪DJCLY92B，放大倍数是0 ～200 倍，用来检测刀具的几何参数和刀具切削刃的崩刃情况，如图2 所示。

数控立式铣床，用来进行铣削试验，如图3 所示。

图2 刀具几何测量仪

图3 数控立式铣床

1.3 试验刀具

刀具切削刃的前角和后角，以及材料，会直接影响刀具的切削性能。为了提高刀具的切削性能，降低崩刀的情况，我们做了4 支不同的铣刀ABCD，刀具参数如表2 所示。刀具采用TiAlN 涂层，如图4 所示。刀具材料X 的化学成分和力学性能如表3 所示，刀具材料Y 的化学成分和性能如表4 所示

表2 铣刀几何参数

图4 试验铣刀

表3 X 化学成分和性能

表4 Y 化学成分和性能

1.4 加工参数

立式铣床的转速2500r/min，进给量0.2mm/r，冷却方式采用浇注式。

2 试验结果及分析

分别用上述4 把铣刀，在铣床上，铣削连杆端面。当铣刀圆周刃上出现崩刃时，则停止加工。用刀具参数几何测量仪检查刀具崩刃的情况。如图5所示，以最大崩刃处为测量对象，测得崩刃的最大深度为H——在垂直于原始切削刃方向测量;测得崩刃的最大宽度为W——在平行于原始切削刃的方向测量。刀具参数几何测量仪的放大倍数调整到50倍，测得4 支刀的崩刃情况，如图6 所示。

图5 崩刃检测示意图

图6 4 支刀的崩刃放大图

测量仪测量的结果如下表5 所示。

表5 崩刃测量值

由表5 可知，随着刀的不断改进，崩刃处的最大深度值和最大宽度值在不断减小。观察铣刀的圆周刃，出现崩刃的数量也在相应减少。说明崩刃的情况得到了改善，铣刀铣削42CrMo 的铣削性能得到了提高。

表6 铣刀加工数量

表6 为不同改进刀具加工工件数量。从表6 可以看出，随着刀具后角和前角的减小，以及刀具材料的改变，铣刀的加工件数在不断增加，从改进前的64件增加到改进后213 件，铣刀的寿命提高了233%，达到了企业要完成的任务要求。

后角减小时，由于楔角相应增大，从而提高了切削刃的强度。同时楔角增大，刀具的散热体积也变大，热量容易扩散，使得切削温度降低，利于减轻刀具的磨损，刀具的耐用度得到改善。A 刀与公司所用的原刀相比，后角减小了2°，加工件数提高了19 件。刀具的后角也不宜过小，减小后角会增加切削力，使切削刃的热量增加，降低刃口的韧性，会加速刀具的磨损。后角过小，切削与后刀面容易发生干涉，产生严重摩擦，不利于切削，所以后角有一个合理值，即合理后角。B 刀比A 刀加工件数提高了26 件，B 刀是在减小后角的基础上，减小了刀的前角。减小前角，也是为了增大楔角，增加切削刃的强度。前角减小，切屑沿着前刀面的弯折角度变大，切屑变形大，容易折断，改善了断屑效果［3-4］。

A 刀(83 件)和B 刀(109 件)，虽然比原刀的加工件数(64 件)有所提高，但仍达不到公司所要求的件数(200 件)。为此，C 刀与D 刀我们换了铣刀的材料。用来制造刀具的材料，一定要有高的硬度，高耐磨性，必要的抗弯强度［5-6］。A，B 刀所用的刀具材料是国产料硬质合金X，属于钨钴类材料，硬度高，耐磨性良好，化学成分和力学性能如表3 所示。但考虑到被加工材质42CrMo 是难加工材料，对刀具性能有更高的要求，因此我们选取韩国特固克Y 料。Y含钴量比X 高，含钴量提高塑性相对增大，刀不容易出现崩刃，Y 化学成分和性能如表4 所示。

改变刀具的后角和前角，铣刀的寿命小幅度提高，改变铣刀的材料，其寿命有了较大的改善。在改变刀具的几何参数对寿命的提高不大时，可以考虑改变刀具的材料，往往能获得不错的效果。

3 结论

(1)由A 刀和C 刀的比较可得，圆周后角6°，槽前角12°，刀具的材料由X 改为Y，铣刀的寿命提高了94%;由B 刀和D 刀的比较可得，在圆周后角6°，槽前角8°时，刀具的材料从X 改为Y，铣刀的寿命提高了95%。由此可见，刀具材料对刀具耐用度影响很大。

(2)由A 刀和B 刀的比较可得，铣刀圆周后角从8°减小到6°，刀具寿命提高了30%;后角减小2°后，槽前角从12°减小到8°，铣刀寿命又提高了31%。因此选择合理的前角和后角，对切削起很大作用。

(3)楔角增大，刀具的散热体积变大，切削温度降低，减轻了刀具的磨损，提高了刀具的耐用度。

［1］张晋，彭彦平，张伟. 刀具断屑槽对切削状态的影响［J］.煤矿机械，2011，32(1):129－130.

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