山高平均断屑厚度理论在铣削加工中的应用

2017-05-22王卫波王朝清

汽车实用技术 2017年17期

王卫波，王朝清

（陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西西安 710119）

引言

加工效率和刀具寿命作为加工制造过程中重点关注的两个方面，对加工制造成本影响较大，各刀具厂家为此也进行了大量的研究，积累了一定的理论研究。作为客户有必要对一些理论研究进行检验验证，积累加工经验，本文就讲述了山高刀具公司平均断屑厚度理论原理，及该理论在我公司的实际应用效果。

1 平均断屑厚度原理

1.1 平均断屑厚度理论

平均断屑厚度hm表达的含义如下图所示，它与每齿进给量fz之间的关系随刀具的实际切削啮合比（ae/D）而不同。

图1 平均断屑厚度理论图解

不合理的每齿进给量所引起的过于小的切削平均断屑厚度、不合理的或过于小的切削深度都会导致刀片在实际加工中无法实现正常切削，引起工件表面切削硬化（尤其是高温合金）、刀片涂层非正常磨损和预期寿命降低。

1.2 名词解释

1.2.1 每齿进给量-fz (mm/Z)

用于计算切削参数 (如工作台进给) 的基本值。计算时也考虑最大切屑厚度和主偏角。

1.2.2 背吃刀量-ap /ae(mm)

背吃刀量又称铣削深度，是平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸（切削层是指工件上正被刀刃切削着的那层金属），单位为mm。因周铣与端铣时相对于工件的方位不同，故铣削深度的标示也有所不同。

图2 周铣、端铣背吃刀量图解

1.2.3 平均断屑厚度-hm (mm)

确定净功率计算时所需特定切削力的有用数值。

1.2.4 刀具切削直径-D (mm)

加工时刀具切削回转直径。

1.3 平均断屑厚度hm的计算方法

（1）当铣刀的径向切削啮合宽度比大于50%（ae/D≥50%）时：

图3 啮合宽度比大于50%时，hm的计算公式

（2）当铣刀的径向切削啮合宽度比小于50%（ae/D≤50%）时：

图4 啮合宽度比小于50%时，hm的计算公式

要实现或达到刀片的最理想使用寿命，一定要采用正确的平均断屑厚度hm或每齿进给量fz值，以确保实际切削厚度大于或至少相当于刀片的刃口倒刃宽度值。一般而言，切屑的平均切屑厚度hm在面铣削中应保证在0.1—0.4之间，在三面刃铣削中应保证在0.03—0.1之间，最佳的取值是：面铣削hm=0.17，三面刃铣削=0.07。铁屑太薄，刀片磨损快，铁屑太厚，刃口易崩碎。平均铣屑厚度的计算很重要，同时也要注意对fz值的计算，铣削直径和铣削宽度比非常大时有一个极大的fz提高潜力。

2 平均断屑厚度原理在实际加工中的应用

2.1 平均断屑厚度理论在变速箱壳体上的应用

在近期开展的变速器壳体零件提效工作中我们成功应用该理论实现壳体加工提效，变速器壳体前后端面铣削工步时间降低：131秒，降低比例达 44.7%，使用切削刃刀片型号为伊斯卡 ONMU080608-TN IC5100，直径125的45°可转位面铣刀刀盘型号：F45NMD125-12.40-R08，修光刃刀片型号 ONHU0806AN-14R-W IC910，盘铣刀可装刀片数量为12片，调整前后数据对比如下表所示：

表1 提效前后切削参数、加工时间对比表格

图5 应用平均断屑理论加工的零件

当铣削前端面时分三次走刀切削，切宽 ae/D≈0.7≥50%，Vc=π*D*n/1000=220m/Min，fz=Vf/(Vc*z)=0.18,由公式hm=0.5*fz得hm为0.09；当铣削后端面时，切宽占刀具直径比ae/D约为40%，应用公式算的fz为 0.20，故 Vf=z*fz*S=1375mm/min；后端面较前端面效率提升16%，且刀具切削状态正常，符合生产需求。

2.2 速度因子与径向切削啮合宽度比ae/D的关系

铣削加工中，在铣刀片刃口切削热量一定的情况下，在不同的切削啮合宽度比条件下，可以应用速度因子提升切削速度VC，进而提升加工效率。切削啮合宽度比ae/D值越小，切削速度VC提升的空间越大，例如ae/D=0.25时，相较于ae/D=0.5的工况，切削线速度Vc可以提升30%，即速度因子取1.3。这方面各大刀具厂家已经做过大量切削试验进行了验证。