难切削加工材料螺旋铣孔切削动力学及其试验研究

谭勇 胡小兵

摘 要：众所周知，切削加工技艺是我国制造业中的重要技术，是加工中的难点。随着我国经济的发展和制造业应用领域的扩展，高速切削技艺时代已经到来，新的切削工艺和加工方法取得了大踏步进展，成套技术的新技艺也进入了一个崭新的时代。螺旋铣孔切削动力学技艺是加工切割的新工艺，也是孔加工技术改进和不断尝试后的新方法。它是一种新型的加工技术，有助于切削高硬度和特殊材质的材料，它在高硬度模具钢、碳纤维增强复合材料和钛合金中的应用更是一种创新的突破。然而由于该技术的新特点，其运用还存在较大的缺陷，我们一定要结合制造业发展的新态势，结合切削加工材料的新特点，发挥动力学原理，对该技术进行实验研究，从而找到有效的对策完善相关工艺，促进切削水平的提升。

关键词：难切削加工材料；螺旋铣孔；切削动力学；实验研究

现如今，社会经济迅猛发展，市场经济全面运行，我国的制造业和加工业都得到了大踏步前进，加工材料愈加多样，种类繁多，难切削素材不断增多。螺旋铣孔切削工艺是一种新型的切割技艺，它主要是通过孔加工的方式实现制孔的切割方法，在具体应用过程中刀具中心与孔中心线存在一定距离的偏差，刀具在保证高速度运转的同时，还会围绕中心轴线运转，并不断进给向下运动。与以往的切割技术相比，螺旋铣孔切削动力学更具实用性，一次加工精度高，切割过程平稳，能够对难切割、高硬度的加工材料进行加工，尤其是在对航空铝合金、钛合金和特殊材料制成的碳纤维制品进行作用的时候，更具科学性，其应用前景更加宽泛。当然，由于该工艺的使用时间尚短，对技术要求较高，也导致它势必要经过严谨的实验过程才能准确应用于切削加工之中。本文就结合我国难切削加工材料切割应用的现状，利用螺旋铣孔切削动力学原理，对其进行探究，并根据有效的实验对其进行研究，为我国的制造业发展提供依据。

1 螺旋铣孔切削工艺技术的概述

螺旋铣孔切削动力学技术也被称为轨道钻技术，属于铣削工艺中的重要内容，与一般的切削工艺一样，都属于一个断续切削加工的一环。但是它与过去的切削技艺相比，最重要的特征在于刀具中心轨迹不是一般的直线样式，而是呈现一种螺旋线状的模样，在实际加工过程中除了呈现出径向进给外，还能够轴向进给，利用这种创新型工艺，可以实现斜面、孔加工以及型槽加工。该技术在利用螺旋铣孔进行切削的过程中是一种“以铣代钻”的过程，螺旋进给是它最具特征的表现。

螺旋铣孔切削并非是直线，而是一种螺旋线，也就是说刀具中心与加工孔的中心不相重合，属于偏心加工，刀具直径与孔的直径也不完全一致，它能够实现对一系列直径孔的加工，并减少换刀次数，降低加工资金。另外，螺旋铣孔切削属于断续切割，对刀具散热有利，能够降低刀具破损带来的损失，在排屑的过程中还不会增加加工孔表面的粗糙度，属于绿色加工原理。

2 难切割加工材料螺旋铣孔切削动力学实验研究

在上述内容中，我们已经清晰直观地看到了螺旋铣孔切削动力学的运行原理，了解了它在具体切割过程中具有的优势和特点。为了更好的发挥创新技术的先进性，我们一定要利用实验研究方法，对难切割加工材料进行螺旋铣孔切削，从而快速找到有效对策发挥其功效。

2.1 高硬度模具钢螺旋铣孔切削实验研究

该实验在选用材料的时候运用的是冷作模具钢Cr12，材料的硬度高，具有较好的淬透性和耐磨性，在制造耐磨冷冲模和冲头的时候使用较为广泛。试验中使用的螺旋铣孔切削刀具含少量的粘结物，硬度好。在具体实验过程中根据不同条件下的轴向切削力值，绘制出了具体的数值变化图，观察它的变化不难发现切割参数的微小变化就会带来销力和销速的更改，引起螺旋铣孔切削力度的差异。对此，在试验中我们可以采用轴向力回归模型建立数据，并检验它的偏回归系数，以此说明螺旋铣孔切削的水平。对螺旋铣孔切削轴向力模型的分析，还能够得出切削速度V与相关指数b之间的关系。一般而言，轨道转速增大，轴向切削力也会随之正相关的发生变化。

2.2 钛合金螺旋铣孔切削实验研究

钛合金是一种具有较高“比强度”和“比刚度”的材料，该材料一直以来都是难切削的材料道具之一，在低于550度的时候具有很高的耐腐蚀性，利用该种材料进行螺旋铣孔切削动力学实验进行研究，具有较高的准确度。实验在进行的过程中钻头的受力相对复杂，既要承受材料的变形抗力，还要承担钻头与孔壁和切削间的摩擦力，因此它所产生的轴向抗力较大。另外，在实验过程中还会产生毛刺，影响被加工工件的尺寸精度和表面的粗糙度。实验多利用单因素实验法设计安排钛合金螺旋铣孔切削实验，获取切削力数值。经研究得出，螺旋铣孔切削在对钛合金进行实验的时候，产生的轴向力和径向力都不大，在给定参数的状态下，轴向切割力大致为90N到120N之间，且切削力会随着切削速度的增大而减小。

3 结束语

总而言之，在我国制造业迅猛发展的大背景下，螺旋铣孔切削动力学技术的广泛使用是创新孔加工技术的重要对策。与过去的传统加工技艺相比，螺旋铣孔切削技术更具优势，能够作用于难切削的加工材料，在对高硬度模具钢和钛合金进行切割的时候更具先进性。通过科学的实验研究，我们不难发现螺旋铣孔切削过程中轴向进给、转速以及切割力之间的关系，利用这些数据有助于我国螺旋铣孔切削技术的再次发展，并提高难度加工材料的切割质量，做好工艺加工。

参考文献：

[1]陈仕茂.难切削加工材料螺旋铣孔切削动力学及其试验研究[D].天津大学，2009.

[2]王海艳.难加工材料螺旋铣孔动力学研究[D].天津大学，2012.

[3]张恒.难加工材料螺旋铣孔的数值模拟与实验研究[D].浙江大学，2014.

作者简介：谭勇（1984—），男，江西吉安人，本科，助理讲师，主要研究方向：数控加工教学。