35CrMnSiA 难加工材料切削加工性能研究

文 武， 刘让贤， 夏 青， 王 营

（1.中机生产力促进中心， 北京 100044； 2. 张家界航空工业职业技术学院， 湖南 张家界 427000）

0 引言

随着科学技术的进步，新材料不断出现，这些材料具有优异的机械物理性能，但由于材料结构的特点，切削加工时遇到许多困难。 目前， 难加工材料在切削加工领域日益增多，难加工材料的切削加工技术已引起国内外人们的普遍关注， 各国机械行业正在纷纷发新型刀具材料[1]，改进加工设备， 力图提高难加工材料的切削加工效率和加工精度[2-5]。 美国、德国、英国等国家都先后建立了切削数据的研究和服务中心，针对难加工材料的切削用量，几何参数等进行了大量的试验研究[6]，经过几十年的努力，现在已能提供成熟的切削数据。

我国在难加工材料方面的研究起步较晚， 大连理工大学针对FV520B 不锈钢材料展开了低温射流辅助铣削实验，以及切屑微观形貌演化金相图谱，研究低温射流温度对切削加工性的影响规律、 切屑变形表征参数随切削速度和低温射流温度的变化规律并分析了原因[7]。 陕西理工大学通过对300M、A-100 两种超高强度钢以及TC18钛合金进行钻削试验， 并在试验过程中测量了不同参数下的钻削力，对钻削力进行了分析研究[8]。 上海航天设备制造总厂设计了超低温切削的切屑形成试验方案，对TC4 钛合金和35CrMnSiA 低合金高强度钢这两种典型难加工材料的锯齿形切屑进行宏观与微观形貌分析[9]。

1 试验方法和方案

1.1 试验方法

本次试验均在辛辛那提HAWK TC-150 机床上进行，刀具采用株洲刀具厂生产的YB415 三角（TNGA）涂层刀具（带断屑槽），难加工材料35CrMnSiA 直径为150mm 的管材。

1.2 试验方案

试验包括单因素试验和多因素正交试验， 采用不同的进给量f、切削深度ap和主轴转速n，根据测得的切屑厚度计算它的变形率，试验参数如表1 所示。

表1 试验参数

2 试验结果分析

单因素试验结果如图1 所示，随着主轴转速的提高，切削变形率在逐步增大，并且在相同的主轴转速条件下，切削深度越大，变形率就越大。

图1 不同切削用量条件下变形率的趋势图

其他加工条件不变的情况下， 随着进给量的f 的减小，变形率反而增大，随着切削深度ap的减小，变形率也减小。对获得的切削变形数据进行回归分析，得到变形率与进给量的f， 切削深度ap以及切削速度vc的回归模型和切削变形趋势图，该模型的R2=98.35%。

图2 反映变形率、 切削深度ap和进给量f 三者之间的关系。 三维图形表示不同加工参数对切屑变形的影响趋势，在等高线图上，同一条线的点变形率是相等的，随着切削深度ap的增加，变形率的增加趋势在逐步减少。

图2 进给量、切削深度与变形率的趋势图

图3 ap=0.25mm，f=0.05mm/r，转速n=1000r/min 条件下的显微组织形状

图3 为ap=0.25mm，f=0.05mm/r，n=1000r/min 加 工 条件下的切屑显微组织形状，该切屑外表面呈锯齿形，为挤裂切屑，切屑厚度约为50μm，齿尖到齿谷的部分为自由变形，厚度约为30μm，而从齿谷到底面的部分是切屑受到前刀面挤压和摩擦产生的， 使靠近前刀面出金属纤维化，基本上和前刀面相平行，厚度约为20μm，切屑的厚度与齿谷到底面的厚度的比值为2.5，实验测得该切屑厚度的平均值为0.07mm，变形率为3.42。

图4 是 在ap=0.5mm，f=0.05mm/r，n=3500r/min 条 件下的显微组织形状，该切屑呈锯齿形，属于挤裂切屑，该切屑的厚度约为70μm， 切屑的齿尖到齿谷部分约为50μm，而齿谷到底面厚度约为20μm，切屑厚度与齿谷到底面的厚度的比值为3.5，实验测得该切屑厚度的平均值为0.09mm，计算出的变形率为5.26，从500 倍的切屑形貌上可清晰地看出齿尖到谷底部分与齿谷到底面部分的分界线，分界线上下两部分的组织发生了改变。

图4 ap=0.5mm，f=0.05mm/r，n=3500r/min 条件下的显微组织形状

3 结论

通过使用三角 （TNGA） 涂层刀具对难加工材料35CrMnSiA 的切削性能试验，可以得出以下结论：

（1）35CrMnSiA 加工切屑呈锯齿形，属于挤裂切屑。

（2）切削深度对35CrMnSiA 的切削加工性能的影响最大，随着切削深度ap的增加，变形率的增加趋势在逐步减少。

（3） 回归分析建立的变形率与切削参数模型在数理统计上是可信的，具有参考价值和现实意义。