铣削加工产生毛刺的规律研究

付仙良

（北京天玛智控科技股份有限公司，北京 100013）

1 试验方案设计

铣削加工是阀体加工过程中常用的加工方法。导致铣削加工中产生毛刺的因素有切削速度、进给量以及切削深度等。为减少试验次数，增大试验参数的代表性，设计人员采用正交试验法分析研究不锈钢阀体铣削加工中产生毛刺的影响因素，确定合适的铣削切削参数，以减少阀体加工过程中毛刺的产生[1]。

试验条件如下：加工设备采用VCN510C立式加工中心；冷却润滑方式采用内冷3.0 MPa和外冷0.2 MPa；切削液使用8%的乳化液；铣刀型号为瓦尔特F4042.B.063.Z06.15；刀片型号为ADMT160608R-F56 WSM35；刀具直径为63 mm；工件材料为Y1Cr17不锈钢，硬度250 HB；切削宽度为30 mm；测量仪器为塞克SK2610B工业显微镜[2]。

结合刀具推荐的切削参数，选择影响铣削加工试验的各因素及水平，如表1所示。正交试验方案如表2所示。

铣削加工试验过程所用的实物主要包括VCN510C立式加工中心、刀具以及工件毛坯[3-4]，具体实物如图1所示。

2 试验结果及其分析

设计人员按照试验方案进行铣削加工[5-6]。经工业显微镜测量，可得侧面毛刺高度的试验结果和极差分析，如表3所示。图2是用工业显微镜所测的加工表面毛刺的外观图片。

表3 铣削加工试验结果和极差分析表

从试验结果可以直观看出，试验16的毛刺高度最小为0.356 1 mm，此时对应的切削参数为进给量0.14 mm·rev-1、切削速度140 m·min-1、切削深度为2 mm。根据R值的大小可看出，各影响因素的主次关系为RC>RA>RB。因此，影响铣削加工毛刺高度诸因素的主次顺序依次为切削深度、进给量、切削速度。铣削加工产生毛刺高度最小的工艺方案组合是各因素最小值所对应的水平，即A4B2C2。

3 试验结果讨论

铣削加工产生毛刺高度的单因素效应曲线图，如图3所示。其中，纵坐标表示铣削加工产生毛刺的高度，横坐标表示3个影响因素的不同水平。

从图3可以看出：毛刺高度与每齿进给呈负相关，进给量越大，毛刺高度越小；随着切削速度的增大，毛刺的高度随之增大；随着切削深度的增大，毛刺的高度也在增大。因此，通过增大进给量、适当减小切削速度和切削深度，可达到降低铣削毛刺高度的目的。

铣削加工产生毛刺的方差分析如表4所示。

表4 铣削加工产生毛刺的方差分析表

由表4可知，切削深度和进给量对毛刺高度的影响效果显著，而切削速度对铣削加工产生毛刺的高度影响很小。因此，各因素影响的主次顺序与极差分析方法的结果一致。

通过正交试验法研究影响铣削加工产生毛刺高度的诸多因素，设计人员可以得到影响铣削加工产生毛刺高度的主次因素依次为切削深度、进给量、切削速度。其中，切削深度对铣削加工毛刺高度的影响最大，进给量的影响次之，切削速度的影响最小。同时，获得试验刀具加工不锈钢材料产生毛刺高度最小的一组工艺方案是A4B2C2，即铣削加工在进给量为0.14 mm·rev-1、切削速度为100 m·min-1、切削深度为3 mm时产生毛刺的高度最小。实际生产中，设计人员应在满足工艺要求的前提下合理选择各参数，既保证铣削效率，又兼顾刀具的使用寿命。

4 应对铣削加工毛刺问题的对策

4.1 关注刀具材料、刀具结构及涂层

在铣削加工中，工件、刀具以及机床组成了铣削加工工艺系统，其中最活跃的要素是刀具。刀具材料、刀具结构以及涂层决定刀具切削的性能优劣、加工成本大小、应用年限长短、加工表面质量以及精度。因此，在铣削加工时需要选择高耐用度的硬度材料或硬质合金刀具。这样不仅可以减小磨损，而且可以大大降低毛刺形成的概率。若经济条件允许，适宜选用具备涂层的刀具，不仅可以降低切削区温度，而且可以较易断屑，不易形成积屑瘤，从而大大减少毛刺的形成[7-8]。

4.2 科学优化设计铣削加工工艺

科学优化设计铣削加工工艺可以从以下几方面着手。一是利用毛刺生成少的加工技术来降低去毛刺成本。平面加工中适宜采用顺铣方式，这是由于顺铣的切出层薄而切入层厚，即使形成毛刺也较小，而逆铣会形成较大的毛刺。二是科学组织加工次序。在前面组织会生成较大毛刺的流程，在后面组织会生成较小毛刺的流程，即利用后面流程去除前面流程形成的毛刺。例如，对于凹轮廓的平面铣削加工，加工流程先铣削上表面，再铣削凹轮廓生成的毛刺。三是科学选用走刀方向。一般来讲，出口毛刺比进口毛刺大，需要尽可能减少出刀次数，从而减少毛刺。四是科学选用切削用量。在铣削加工零件时，利用形成大切削的加工手段往往会生成较大的毛刺。大切削的形成会增加切削阻力和切削热，并加剧刀具磨损，加重材料塑性变形，较易形成大毛刺。因此，在铣削加工时，为了减少形成的毛刺，设计人员往往降低走刀量和切削深度。五是铣削时选用性能高的切削液。应用切削液有助于降低刀具磨损率，延长刀具应用年限，润滑铣削过程，显著减小毛刺尺寸。六是铣削加工时应重视刀具磨损对生成毛刺的影响。在刀具磨损较严重的情况下，无论是刀具切入方向还是刀具退出方向，都会显著增加毛刺。这种情况下，设计人员应更换刀具，从而减小毛刺形成的几率。

5 结语

毛刺生成的问题既复杂又简单，还会直接影响产品质量。要想切实消除铣削加工的毛刺情况，设计人员需要在加工时设计专门的去毛刺工序，实时去除中间加工和其他流程加工导致的附带毛刺。此外，通过增大进给量、适当减小切削速度和切削深度，可达到降低铣削毛刺高度的目的。因此，设计人员只有正确认知毛刺问题，高度关注生产的每一个流程，严把质量关，才可以真正解决毛刺问题。