高速轴向车铣45钢刀具磨损的研究*

孙 勇

(沈阳理工大学，辽宁沈阳 110159)

车铣技术是近年来发展起来的一种先进切削加工方法，由于其独特的切削过程，易于对回转体(特别是大型回转体)实现高速切削，可大大提高生产效率。

1 轴向车铣加工的特点

车铣的典型加工方法如图1所示，轴向车铣是其中一种基本加工方法，其主要特点为［1-4］:

(1)轴向车铣是间断切削，因此无论加工何种材料的工件都能得到较短的切屑，易于自动除屑。

(2)间断切削使刀具有充足的冷却时间，刀具切削温度相对较低。

(3)由于切削速度主要是由刀具的转速决定，因此不需使工件高速旋转也能实现高速切削，能有效消除因工件偏心而引起的振动，使得切削过程比较平稳，有利于减小被加工工件的形状误差。

(4)工件转速相对较低，加工薄壁件时几乎没有由于离心力产生的变形。

(5)多刃切削过程平稳，刀具磨损小，这对新型难加工材料和大型回转体毛坯的加工十分有益。

由于轴向车铣加工过程是采用铣削方法加工回转体，在切削过程中刀具的磨损特点与车削和铣削均有所不同，因此有必要对其进行深入研究。

2 试验设备及材料

试验母机为3263B型数控车床改造而成，切削用高速电主轴为TSSV150～18000/7.5型电主轴，采用变频调速，油雾润滑，调速范围(无级)为0～18 000 r/min，额定输出功率7.5 kW(如图2)。

铣刀型号:CoroMill390(2齿、直径25 mm)。

刀片材料及牌号:(1)TiN涂层，R390-11 T3 08M-PL 4030;(2)金属陶瓷，R390-11 T3 08E-PL 530。

工件材料:45钢。

3 试验及分析

3.1 水冷下的刀具磨损

试验条件:切削速度392 m/min(铣刀转速5 000 r/min)，工件转速5 r/min，切深0.5 mm，工件直径150 mm，逆铣，水溶乳化液冷却。

试验结果如图3所示。在采用乳化液冷却的条件下，两种材料刀具使用寿命均较短，正常切削长度不超过70 m。金属陶瓷刀片磨损比较快，初期磨损阶段与剧烈磨损阶段几乎相连，正常磨损阶段很短。TiN涂层刀片的磨损较慢，在切削长度达到35 m以后，有一段较为明显的正常磨损阶段。分析原因得到，高速轴向车铣45钢时，切削区温度很高，此时切削区内刀具的磨损形式主要为扩散磨损、氧化磨损，而TiN涂层能够对切削区内的扩散、氧化起到一定的阻碍作用。同时，在高速铣削过程中浇注冷却液，刀片要承受比较剧烈的热交变载荷，金属陶瓷刀片耐磨性、红硬性好，但抵抗热冲击能力较差，因而TiN涂层刀片的磨损比金属陶瓷刀片慢。

3.2 干切削下的刀具磨损

采用同样条件进行干切削，结果如图4所示。在干切削条件下，TiN涂层刀片使用寿命仍然高于金属陶瓷，主要原因与水冷切削类似，涂层刀片比金属陶瓷刀片能更好地抑制扩散磨损和氧化磨损。

另外，通过与图3的对比可知，采用干切削时，无论是TiN涂层刀片还是金属陶瓷刀片，刀具的磨损速度都大为降低。这是由于采用干式高速车铣加工45钢，虽然切削温度比水冷切削要高，但刀齿在切削过程中的冷热温差较小，承受的热冲击程度反而大幅降低，因而刀具的磨损更慢。

4 结语

对切削速度在392 m/min下，采用TiN涂层刀片和金属陶瓷刀片轴向车铣45钢进行了刀片磨损对比试验，得到以下结论:

(1)采用干切削的刀具耐用度远高于采用水溶乳化液冷却的刀具耐用度。

(2)TiN涂层刀片比金属陶瓷刀片更适合高速切削45钢。

［1］SCHULZ H.High speed turn-milling a new precision manufacturing technology for the machining of rotationally symmetrical workpieces［J］.Annals of the CIRP，1990，39(1):107-109.

［2］姜增辉，贾春德.轴向车铣理论切削力的研究［J］.机械工程学报，2005，41(9):86-90.

［3］DANIEL A.Oberflächenfeingestalt beim achsparallelen innen-und auβendrehfräsen［D］.Darmstadt:TH Darmstadt，1994.

［4］STRATE H.Bearbeitungszentrum zum komplettbearbeiten in einer aufspannung［J］.Werkstatt und betrieb，1986(4):307-311.