邓亚弟 税 妍 王建录 刘 义

（东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618201）

切削液在 B65A-S 铣削加工中对已加工表面微观形貌的影响

邓亚弟 税 妍 王建录 刘 义

（东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618201）

通过单因素切削试验分析了已加工工件表面微观形貌的形成机理， 工件表面 “犁沟” 现象的产生规律以及该现象对于表面粗糙度的影响， 切削液对工件表面 “犁沟” 现象的作用规律。

铣削；犁沟；切削液

零件已加工表面微观几何形貌是零件表面完整性的重要指标之一，对零件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度和配合性质都有很大的影响，尤其对高温、高压条件下工作的机器、仪器零件尤为重要。本次试验通过单因素试验方法分析了已加工工件表面微观形貌的形成机理， 工件表面 “犁沟” 现象的产生规律以及该现象对表面粗糙度的影响，切削液对工件表面 “犁沟” 现象的作用规律。

1 试验设备和试验方案

1.1 试验设备

本试验在美国哈斯自动数控机械有限公司生产VM-2 型立式加工中心上完成， 该机床主电机功率15kW， 最高 转 速 12000r/min。 切削 刀 具 采用 了4.3032R320 型可转位立铣刀， 直径 Φ32， 刀片型号为 APKT263PDTR， 材质 KC725M， 刀尖圆角半径 R1， 试验材料为 B65A-S。 试验过程中采用顺铣的方式， 表面粗糙度指标选用Ra值， 测量仪器使用时代 TR200 接触式表面粗糙度仪。

1.2 试验方案

本试验采用单因素试验方法，根据前期试验将 切削深 度、 切削 宽度 恒定 控制 为 ap=0.5mm、ae=21mm。 试验过程中， 保证切削连续、 湿切削冷却充分的前提下，沿已加工表面圆周且平行于切削进给方向上随机选取五个测量面，采样长度0.8mm， 测量其表面 Ra 值， 并取这五个测量值的算术平均值作为该表面粗糙度Ra值。 为消除随机误差的影响，各试验线路均以随机方式抽取。试验参数及试验数据见表1。

表1 单因素试验参数

2 试验结果及分析

切削完成后利用超景深对各种加工参数下被加工工件的表面形貌进行观察，发现在干切削，特别是在较低的切削速度下在工件表面极易形成如图1所示的 “犁沟” 现象。

对于已加工工件表面的 “犁沟” 现象在国内外存在着各种不同的看法。 J.Paulo 在 《机械加工的表面完整性》 一书里将这种现象称为 BUE （Builtup-edge， 积屑瘤）， 他认为产生这种现象的根本原因是积屑瘤在快速形成、长大、消失的过程中带走工件表面部分金属而形成的。国内有较多的资料认为这种现象是工件在加工过程中产生的一种金属的侧向塑性流动，简称侧向塑流。另有部分资料认为这种现象是在加工过程中刀尖对于工件表面的一种挤碎和撕裂的现象，虽然对其产生机理的认识不同，但是他们都认为这种现象只有在特定的切削力和切削温度附近才会形成。

图1 已加工工件表面的 “犁沟” 现象

图2 不同切削速度下干切削时工件表面形貌

由图2可以看出， 随着切削速度 Vc的提高，已加工工件表面的 “犁沟” 现象有减弱的趋势，当切削速度在 150m/min 以上时， 该现象几乎消失，已加工工件表面粗糙程度减小。而由图3可以看出切削进给 fz不会改变 “犁沟” 现象的程度，随着 fz的增大， 每个 “犁沟” 之间的间距会增大，反而会令已加工工件表面粗糙程度减弱。这种现象与图4实测工件表面粗糙度结果一致，随着切削速度的提高， 已加工工件表面 “犁沟”现象逐渐减弱，趋近于切削的理论粗糙度值。

图3 不同切削进给状态下干切削时工件表面形貌

图4 干切削时切削速度 Vc、 切削进给 fz 与表面粗糙度 Ra 的关系 （切削深度 ap=0.5mm）

图5 切削速度 Vc 为 50m/min， 切削进给 fz 为 0.05mm/z，切削深度 ap 为 0.5mm， 干切削与湿切削时工件表面形貌

根据以上分析可知，已加工工件表面 “犁沟”现象与切削速度 Vc的关系最大。 在试验范围内犁沟会随着切削速度的增大减弱，这与干切削时建立的粗糙度经验模型的结论一致，说明在干切削时工件表面的 “犁沟” 现象是影响工件表面粗糙度的最大因素。

由图5 可以看出， 同样是切削速度在 50m/ min， 但是工件表面的微观形貌却有很大的不同，湿切削时工件表面的 “犁沟” 现象趋势远远小于干切削时的工件表面，这说明切削液可以在切削加工中有效地减小已加工表面的 “犁沟” 现象，这点与图6工件表面粗糙度值Ra的趋势一致。

目前对于切削液消除工件表面 “犁沟”现象的作用机理还不明晰，但是可以确认的是切削液利用本身的冷却和润滑作用改变了形成 “犁沟”现象所需要的切削条件。

图6 干切削与湿切削时切削深度 ap、 切削进给 fz 与表面粗糙度 Ra 的关系 （切削速度 v=50m/min）

由以上分析可以看出切削液通过消除已加工表面的 “犁沟” 现象可以降低已加工表面粗糙度，使已加工表面粗糙度接近理论粗糙度值。

3 结论

本试验研究了切削液、切削速度、切削进给对工件表面微观形貌的影响，对已加工表面的“犁沟” 现象的形成规律进行了分析， 在试验范围内得到如下结论:

（1） 在所进行的试验范围内， 低速切削时已加工表面会形成严重的 “犁沟” 现象， 切削速度对该现象的影响最大，随着切削速度的升高已加工表面 “犁沟” 现象减弱， 表面粗糙度值Ra值越趋近于理论粗糙度值。

（2） 切削液可以通过自身的冷却和润滑作用改变产生 “犁沟”现象所需要条件， 降低已加工工件表面粗糙度，这种现象在低速切削时尤为明显。

[1] 王洪祥,董申,李旦.超精密车削表面粗糙度 [J].制造技术与机床,2001,(4):26-28

[2] 文东辉,郑力,刘献礼,等.精密硬态切削过程金属软化效应与表面塑形测流的研究 [J].金刚石与磨料磨具工程, 2003,136(4):9-12

[3] 陈永洁.积屑瘤问题研究 [J].华中理工大学学报,1993,21 (6):21-28

The Influence for Microtopography of Machined Surface hith Cutting Fluid in the B65A-S Milling Processing

Deng Yadi， Shui Yan， Wang Jianlu， Liu Yi
（Dongfang Turbine Co.， Ltd.Deyang Sichuan 618201）

The formationmechanism ofmachirde surfacemicrotopography is analyzed by the single factor experiment ofmilling. The paper introduces themle of furrow and the influence for surface rouyhress,the role of law for furrow with cutting fluid.

milling,furrows,cutting fluid

国家 973 计划资助项目 （2007CB70770）

邓亚弟 （1985-）， 陕西宝鸡人， 东方汽轮机有限公司工艺试验室。