基于单因素法和正交法加工淬硬钢斜面表面质量控制分析

邵博+王卓群+刘德华

摘 要 采用单因素法进行实验，得到各切削参数对表面质量的影响程度。再结合正交实验，对结果进行极差计算，得到极差分析表。通过对比分析，进一步确定各切削参数对表面质量的影响程度，从而得出逆铣和顺铣时的较优参数组合，为生产实践提供参考。

关键词 单因素法 正交法 淬硬钢 表面质量 分析研究

中图分类号：TG506.1 文献标识码：A

Machining Hardened Steel Bevel Surface Quality Control Analysis

Based on Single Factor Method and Orthogonal Method

SHAO Bo， WANG Zhuoqun， LIU Dehua

（Xingtai Polytechnic College， Xingtai， Hebei 054000）

Abstract Experiment to obtain the degree of influence of each parameter on the cutting surface quality single-factor method. Combined with orthogonal experiment， the results were very poor calculation， the range analysis tables. Through comparative analysis， to further determine the extent of cutting parameters influence on surface quality， to arrive at the optimum combination of parameters when milling rolls， to provide a reference for the production practices.

Key words single factor method； orthogonal method； hardened steel； surface quality； analysis and research

0 引言

目前，采用淬硬钢制造的模具所占比例较大，它的硬度可达62HRC。对于模具表面进行抛光是必不可少的，但这会影响到加工精度的稳定性、加工效率低和成本高等。随着新型超硬刀具材料和高速机床的发展，使得采用铣削加工的方式加工淬硬钢等硬材料成为可能。

1 实验研究

通过对斜面倾角、轴向切深Ad、径向切深Rd、铣削速度Vc、进给速度Vf等五个参数组合实验，对实验结果进行分析，从而确定出相对合理的参数组合，为实际应用提供参考。

1.1 实验条件

本实验用到的工件材料为经淬火处理后其硬度可达48HRC的45钢。刀具材料为直径4mm的双刃细微粒碳化钨钢球头铣刀。

实验用的设备为：YCM-V85A立式加工中心，YDX-III9702测力仪，YD-1加速度传感器，Taylor surf5- 60触针式电动轮廓仪。

1.2 数据处理方式

通过采用单因素法和正交试验法来实现数据的处理。首先通过单因素实验找出影响切削力、振动、加工表面质量的因素，然后将这些因素纳入到正交试验的因素当中。通过正交试验，可得出在各切削因素和所对应的工件倾角的综合作用下，表面粗糙度所受到的影响，经过对比分析，可以确定出最好的参数组合。

2 单因素实验及结果分析

2.1 实验设计

本实验主要通过选取斜面倾角€%a、轴向切深Ad、径向切深Rd、铣削速度Vc、进给速度Vf等五个加工要素做为单因素考察对象。

2.2 实验结果分析

2.2.1 Vc的影响

通过选择下面的四种铣削速度：50m/min、60m/min、70m/min、80m/min；分别与固定的轴向切深0.2mm，径向切深0.12mm，进给速度668.4mm/min，倾角45€白楹铣伤淖槭笛槭萁惺笛椤？

通过分析，可以看出，向上铣削时，随着切削速度的增加，表面粗糙度是先急剧增加后下降再增加，主要原因在于小切削速度时，受到刀具在工件表面停留时间较长和加工系统振动的影响所致；向下铣削时，表面粗糙度随铣削速度增加而增加。经对比，采取向下铣削的方式比向上铣削的方式要好。

2.2.2 Rd的影响

通过选择下面的四种径向切深：0.10mm、0.12mm、0.14mm、0.16mm；分别与固定的轴向切深0.2mm，铣削速度70m/min，进给速度668.4mm/min，倾角45€白楹铣伤淖槭笛槭萁惺笛椤？

通过分析，可以看出，当径向切深增大时，沿斜面向上铣削得到的表面粗糙度数值均比较小，且向上铣削和向下铣削时的表面粗糙度数值均缓慢增加，增幅较小，所以在条件一定的情况下，增加径向切深来提高加工效率是一种选择。

2.2.3 Ad的影响

通过选择下面的四种轴向切深：0.15mm、0.20mm、0.25mm、 0.30mm；分别与固定的径向切深0.12mm，铣削速度70m/min，进给速度668.4mm/min，倾角45€白楹铣伤淖槭笛槭萁惺笛椤？

通过分析，可以看出，随着轴向切深的增加，沿着两个方向铣削得到的粗糙度数值均增加，但向上铣削时的表面粗糙度数值较小。轴向切深的增加实质上就相当于切削力的增大，导致振动增加，最终影响到粗糙度数值的变化。

2.2.4 Vf的影响

通过选择下面的四种进给速度：222.8 mm/min、445.6 mm/min、668.4mm/min、891.2 mm/min；分别与固定的径向切深0.12mm，铣削速度70m/min，轴向切深0.2mm，倾角45€白楹铣伤淖槭笛槭萁惺笛椤？endprint

通过分析，可以看出，随着进给速度的增大，沿两个方向铣削得到表面粗糙度都是在逐渐增大的。在Vf<445.6mm/min时，沿斜面向上铣削时的表面粗糙度数值较大；在Vf>445.6mm/min时，沿斜面向下铣削时的表面粗糙度数值较大。

2.2.5 的影响

通过选择下面的四种倾角：30€啊？5€啊？0€啊？5€埃环直鹩牍潭ǖ木断蚯猩？.12mm，铣削速度70m/min，轴向切深0.2mm，进给速度668.4mm/min组合成四组实验数据进行实验。

通过分析，可以看出，向上铣削时，随着倾角的增加，表面粗糙度值比较平缓，变化不大；向下铣削时，在<45€埃砻娲植诙仁抵鸾ハ陆担冢？5€笆保砻娲植诙仁抵鸾ピ黾樱？= 45€笆北砻娲植诙瘸鱿肿钚≈怠？

3 正交实验及结果分析

3.1 实验设计

我们将在单因素分析中对加工表面质量影响较大的因素纳入到正交试验当中；同时采用沿斜面向下逆铣和沿斜面向上铣顺铣这两种方式进行正交试验，比较在各因素综合作用下对加工表面质量的影响。根据因素确定用L16（45）正交实验表，各参数组合选取如表1所示。

表1 正交实验表

3.2 实验结果的极差分析

根据表1的参数组合进行实验，可以得出不同参数组合下的表面粗糙度情况。通过对实验结果进行极差分析，就可以得到比较优化的参数。

3.2.1 沿斜面向下逆铣时的极差分析

通过对表面粗糙度数值进行极差计算，得出极差分析表，从中可以得到各切削要素和斜面倾角对高速铣削时表面粗糙度的影响：>>>>。要获得较好的表面加工质量，较好的参数组合为： = 30€？45€埃？= 5570rpm， = 0.06mm， = 0.04mm， = 0.06mm。

3.2.2 沿斜面向上顺铣时的极差分析

通过对表面粗糙度数值进行极差计算，得出极差分析表，从中可以得到各切削要素和斜面倾角对高速铣削时表面粗糙度的影响：>>>>。要获得较好的表面加工质量，较好的参数组合为： = 30€埃？= 5570rpm， = 0.06mm， = 0.08mm， = 0.02mm。

4 结论

本文首先采用单因素法进行实验，得到各铣削参数对表面粗糙度的影响程度，再结合正交实验，对实验结果进行极差计算，得到极差分析表，通过分析对比，进一步确定各铣削参数对表面粗糙度的影响程度，从而得出逆铣和顺铣时的较优参数组合。

参考文献

[1] 杨广勇.超高速切削时的T-v关系与切削力.北京理工大学学报，1996.16（3）.

[2] 胡创国，张定华，汪文虎.难加工材料切削机理研究的新进展.力学进展，2004：34.endprint