劉意楊，李金泉，張家琪，李元皓

現(xiàn)代高速切削技術(shù)最常見應(yīng)用對象是合金鋼，它與生產(chǎn)效率關(guān)系密切[1]。目前，國內(nèi)主軸軸承的保持架一般用合金40CrNiMoA 制造，因其具有強度高、耐磨損等優(yōu)點[2]。由于合金鋼的可塑性較高，較難切削，加工效率不高，所以對40CrNiMoA 合金鋼加工性能的研究是非常必要的。由于積屑瘤的高度隨進給量的增加而增加，導(dǎo)致理論殘余面積高度增加，從而導(dǎo)致工件表面質(zhì)量較差[3]。謝軍[4]等研究發(fā)現(xiàn)，選取較小的進給速度可以實現(xiàn)鋁鏡切割表面，使表面質(zhì)量較佳。Sujan[5]等研究切削參數(shù)與表面粗糙度的關(guān)系。研究結(jié)果表明，影響工件表面質(zhì)量的主要因素是進給速度。趙顯嵩[6]在研究高速切削鈦合金TC4 過程中，對采集的切削力進行處理，建立各個方向力摩擦角、剪切角的函數(shù)表達式，并且對切削力受到切削參數(shù)的影響進行實驗研究。

1 實驗方案

本文的車削試驗采用CA6140 車床，試驗材料為40CrNiMoA 合金鋼（見表1）。試樣長度為270 mm，直徑為?100 mm，延長度方向共分為10 段，每段長2.7 mm，每段選取不同的切削量。筆者為試樣設(shè)計10 組加工實驗方案（見表2）。該40CrNiMoA 試樣經(jīng)過850～880 ℃油冷淬火熱處理。刀 桿 型 號 PWLNL 2525M08、 刀 片 型 號PWNGA080408-6-BHC120S，材料為PCBN。車削過程中，采用CPCI 高性能采集儀INV3020C，分別從X、Y、Z 三個方向測量切削力。車削完成后，檢測表面粗糙度，為減小測量誤差，在工件的每個截面上選取多個點，取測量平均值作為該截面的表 面粗糙度值（見表3）。

表1 40CrNiMoA 的化學(xué)成分 （wt.%）

表2 實驗方案

表3 40CrNiMoA 鋼切削試驗數(shù)據(jù)表

2 結(jié)果與討論

2.1 切削速度的影響

筆者按切削速度從小到大選取2、3、4、5 四組實驗方案，繪制表面粗糙度平均值隨切削速度的變化曲線（見圖1）。

圖1 切削速度對表面粗糙度平均值的影響變化曲線

如圖所示，切削速度對40CrNiMoA 合金鋼材料的表面質(zhì)量影響不大。整體來看，在保持其他切削參數(shù)不變的情況下，隨著切削速度的增加，40CrNiMoA 合金鋼材料的表面粗糙度值先增加然后降低。當40CrNiMoA 合金鋼切削速度為157 m/min 時，表面粗糙度值最低，在切削過程中，選擇這一切削速度就可以獲得好的表面質(zhì)量。

2.2 進給量的影響

筆者按進給量從小到大選取6、7、5、8 四組實驗方案，繪制表面粗糙度平均值隨進給量的變化曲線（見圖2）

圖2 進給量對表面粗糙度平均值的影響變化曲線

由圖可知，40CrNiMoA 合金鋼的表面粗糙度隨著進給量的增加而迅速增大，最后在進給量達到0.20 mm/r 時趨于平穩(wěn)。由此可以推斷，在切削合金鋼材料時進給量對表面粗糙度有明顯影響。進給量增大，殘留面積的高度隨之增大，材料的表面質(zhì)量隨之降低。由此可知，導(dǎo)致表面質(zhì)量惡化的主要因素是積屑瘤。而減少進給量就可以減少積屑瘤，從而減小表面粗糙度。在實際加工中，為了得到較好的表面質(zhì)量，應(yīng)盡量選擇較小的進給量。

2.3 切削深度的影響

筆者按切削深度從小到大選取10、9、5、1四組實驗方案，繪制表面粗糙度平均值隨切削深度的變化曲線（見圖3）。

圖3 切削深度對表面粗糙度平均值的影響變化曲線

可以看出，隨著切深逐漸增加，40CrNiMoA合金鋼材料的表面質(zhì)量變差。隨著切削深度的增加，刀具與工件之間的接觸長度增加，摩擦加劇，最終導(dǎo)致工件表面質(zhì)量惡化。因此，為了獲得較好的切削性能應(yīng)控制合理的切深。

2.4 切削用量對切削力的影響

本文以40CrNiMoA 合金鋼為例，采用單因素試驗方法，研究切削用量對切削力的影響規(guī)律。本文將車削實驗中測得的切削力取平均值。

筆者按切削速度從小到大選取2、3、4、5 四組數(shù)據(jù)進行分析，得到切削速度與切削力的關(guān)系（見圖4）。

圖4 切削力在僅改變切削速度時的變化曲線圖

筆者選取6、7、5、8 四組數(shù)據(jù)進行分析，得到進給量與切削力的變化關(guān)系（見圖5）。

圖5 切削力在僅改變進給量時的變化曲線圖

筆者選取10、9、5、1 四組數(shù)據(jù)進行分析，得到切削深度與切削力的變化關(guān)系（見圖6）。

圖6 切削力在僅改變切削深度時的變化曲線圖

可以看出，隨著切削速度的增加，切削力先減小后增大，而后又減小，沒有表現(xiàn)出明顯相關(guān)性，主要是因為切削力與切削過程中積屑瘤的形成和消失，以及溫度變化有關(guān)。進給量在0.1～0.2 mm/r 時，進給量越大，切削力越大。為了改善切削性能，在切削過程中，應(yīng)該盡可能選擇較小的進給量，降低切削力。

3 結(jié) 語

（1） 隨著切削速度的增加，40CrNiMoA 合金鋼的表面粗糙度值先增大后減??；40CrNiMoA 合金鋼表面粗糙度值隨著進給量的增大而增大；在其他條件相同的情況下，切削深度越大，表面粗糙度值也越大。

（2） 切削速度對40CrNiMoA 合金鋼的切削力沒有明顯的影響；隨著進給量的增大，切削力越來越大；隨著切削深度的增加，40CrNiMoA 合金鋼的切削力越來越大，所以在實際加工時應(yīng)當選取較小的切深來改善材料的切削性能。