1 引言目前，綠色切削主要是指干式切削和準(zhǔn)干式切削。干式切削的應(yīng)用范圍目前還比較有限，而完全濕加工又有諸多不足。若將兩者的優(yōu)點(diǎn)相互結(jié)合，既可滿(mǎn)足加工要求，又可將干式切削的費(fèi)用降低至最低，并可取得與完全干式加工相同的效果。將這種介于濕式切削與干式切削之間的加工技術(shù)稱(chēng)為準(zhǔn)干式切削(Near Dry Machining-NDM)加...

圖1 立銑刀結(jié)構(gòu)圖和銑削示意圖

2 試驗(yàn)方案

刀具選用Walter硬質(zhì)合金鑲齒立銑刀，牌號(hào)為ZDGT150416R-K85 WMG40，未涂層，直徑25mm，刀尖圓角半徑r=1.6mm，兩齒，見(jiàn)圖1。分別在干銑削、空氣油霧和氮?dú)庥挽F介質(zhì)下開(kāi)展高速銑削鐵合金TC4的單因數(shù)銑削力試驗(yàn)研究。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

徑向切深ae變化對(duì)枕削力的影響

軸向切深ap變化對(duì)銑削力的影響

每齒進(jìn)給fz變化對(duì)銑削力的影響

銑削速度vc變化時(shí)銑削力的影響

試驗(yàn)參數(shù)：vc=190m/min,ap=5mm,fz=0.1mm/z，分別測(cè)量ae=0.5,1,2,3,4,5mm時(shí)的銑削力，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

(a)x方向最大銑削分力

(b)y方向最大銑削分力

(c)z方向最大銑削分力

(d)最大銑削合力

圖2 不同介質(zhì)下銑削力隨ae變化的曲線(xiàn)

從圖2中可以看出：三種介質(zhì)下的Fxmax,Fymax,Fzmax，和Fmax都隨久增大而增大，其增大趨勢(shì)基本呈線(xiàn)性關(guān)系，原因是隨著徑向切深的增大，刀具和工件間的銑削包角增大，使刀具的銑削面積增大，從而刀具和工件間的摩擦力增大，所以導(dǎo)致Fymax：增大；試驗(yàn)中采用的是刀片銑削，刀具的螺旋角為0°,因此隨著徑向切深ae的增大，x向和z向的最大的銑削力變化并不是很明顯，這和理論上的分析是相符合的。對(duì)曲線(xiàn)分別進(jìn)行線(xiàn)性和指數(shù)擬合，其相關(guān)系數(shù)R2都在0.91以上。 圖2(a)表明三種銑削介質(zhì)下的Fxmax隨ae增加的趨勢(shì)基本相同，但幅度都不太明顯，干銑削的Fxmax稍大于空氣油霧和氮?dú)庥挽F。從圖2(b)、(c)、(d)可以看出Fymax、Fzmax和Fmax隨ae增加的幅度較大，不同介質(zhì)下的變化曲線(xiàn)相似；空氣油霧和氮?dú)庥挽F下的Fymax、Fzmax和Fmax都比干銑削小，其中干銑削的銑削合力比空氣油霧分別大了22.2%、15.07%、25.75%、5.98%、8.3%和5.45%，比氮?dú)庥挽F大18.3%、16.6%、27.5%、15.96%、8.38%和7.92%。另外，空氣油霧和氮?dú)庥挽F下的銑削力大致相同。

試驗(yàn)參數(shù)：vc=190m/min,ae=1mm，fz=0.1mm/z，分別測(cè)量ap=1,2,3,4,5mm時(shí)的銑削力，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

(a)x方向最大銑削分力

(b)y方向最大銑削分力

(c)z方向最大銑削分力

(d)最大銑削合力

圖3 不同介質(zhì)下銑削力隨ap變化的曲線(xiàn)

從圖3可以看出：三種介質(zhì)下的Fxmax，F(xiàn)ymax，F(xiàn)zmax，和Fmax都隨ap增大而增大，其增大趨勢(shì)基本相同。對(duì)曲線(xiàn)分別進(jìn)行線(xiàn)性和指數(shù)擬合，發(fā)現(xiàn)其指數(shù)擬合的相關(guān)系數(shù)較高( R2≥0.93)。干銑削時(shí)銑削分力和合力均大于空氣油霧和氮?dú)庥挽F，結(jié)果與前節(jié)相似。 當(dāng)ap大于5mm時(shí)銑削力增大加劇，可能是因?yàn)閍p增大后，銑削力隨之增大，銑削過(guò)程中刀具系統(tǒng)剛性降低，銑刀容易產(chǎn)生振動(dòng)造成的。

試驗(yàn)參數(shù)：vc=190m/min，ae=1mm，ap=5mm，分別測(cè)量fz=0.5,0.1,0.15,02,0.25mm/z時(shí)的銑削力，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

(a)x方向最大銑削分力

(b)y方向最大銑削分力

(c)z方向最大銑削分力

(d)最大銑削合力

圖4 不同介質(zhì)下銑削力隨fz變化的曲線(xiàn)

從圖4中可以看出：三種介質(zhì)下的Fxmax，F(xiàn)ymax，F(xiàn)zmax，和Fmax都隨fz增大而增大，對(duì)曲線(xiàn)分別進(jìn)行線(xiàn)性和指數(shù)擬合，發(fā)現(xiàn)兩種擬和的相關(guān)系數(shù)R2大致相同，并且R2較高，這與低速銑削時(shí)的理論不同。在低速時(shí)，隨fz的增加，各向銑削力總體呈增大趨勢(shì)，但銑削力的增加并不隨進(jìn)給量的增加成比例增加。因?yàn)檫M(jìn)給量增大，切削厚度增大，所以切削面積增大，力會(huì)隨之增大，但切削厚度增大的同時(shí)使變形系數(shù)減少，摩擦系數(shù)也降低，所以力的增加與進(jìn)給量的增大并不成比例。高速時(shí)，由于銑削區(qū)的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低速時(shí)，銑刀前刀面上的切屑和與銑刀后刀面相接觸的已加工表面塑性非常高，因此切削厚度增大使變形系數(shù)減少的程度非常低，摩擦系數(shù)也降低的很小，所以力的增加與進(jìn)給量的增大基本成比例。 從圖4(d)可以看出，隨著每齒進(jìn)給(fz≥0.1mm/z)增大，氮?dú)庥挽F下的銑削合力明顯低于空氣油霧。據(jù)國(guó)外的研究資料顯示，在高進(jìn)給下，銑削熱增多，氮?dú)庀碌毒吲c切屑以及工件之間更容易產(chǎn)生TiN層，因?yàn)門(mén)iN具有減摩作用，所以在銑削時(shí)，由于摩擦作用所產(chǎn)生的銑削力會(huì)減少。

試驗(yàn)參數(shù)：aae=1mm，ap=1mm，fz=0.1mm/z，分別測(cè)量vc=190，250，275和300m/min時(shí)的銑削力，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

(a)x方向最大銑削分力

(b)y方向最大銑削分力

(c)z方向最大銑削分力

(d)最大銑削合力

圖5 不同介質(zhì)下銑削力隨vc變化的曲線(xiàn)