0 引言

微細(xì)銑削加工中，刀具與工件之間劇烈摩擦產(chǎn)生大 量切削熱，刀具易發(fā)生磨損失去切削能力，這嚴(yán)重制約 了加工質(zhì)量和效率。因此，微細(xì)銑削中最具挑戰(zhàn)的 問(wèn)題之一是減少刀具的磨損，提高加工質(zhì)量和效率。在加工過(guò)程中，選擇適合的切削條件，既能解決切 削區(qū)域的冷卻和潤(rùn)滑問(wèn)題，又可以減少刀具磨損。 蘇宇等研究了干切削和澆灌潤(rùn)滑條件對(duì)毛刺和加工 精度的影響，但試驗(yàn)中缺少對(duì)刀具的研究。Aslantas、Liu、Li 等研究了 MQL、低溫氣體冷卻和澆 灌潤(rùn)滑條件對(duì)刀具磨損和表面粗糙度 Ｒa 的影響，但 并未 建 立 刀 具 磨 損 與 表 面 質(zhì) 量 之 間 的 聯(lián) 系。 Zhang 、Gangul、Marcon 等研究了 MQL、澆灌 潤(rùn)滑和低溫冷風(fēng)條件對(duì)刀具壽命、切削溫度和毛刺的影響。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)加工機(jī)床是微銑削數(shù)控機(jī)床 3A-S100，如圖 1 所示。機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá) 80000min － 1 ，三個(gè)軸均安 裝高精度光柵尺，機(jī)床定位精度為 0． 1μm，軸向與徑向跳動(dòng)均小于 1μm。刀具是直徑 1mm 的雙刃平頭涂層 銑刀，涂層材料為 TiAlN，刃圓半徑是 5μm，前角是 15°，后角是 10°。為保證試驗(yàn)刀具表面無(wú)缺陷，每把刀 具都要進(jìn)行電子顯微鏡掃描( SEM) 觀察。 工件材料為黃銅 H59，尺寸為 10mm × 10mm × 10mm。 為了保證微細(xì)銑削試驗(yàn)中工件加工表面的平面度，所 有的工件都要提前預(yù)銑平面。試驗(yàn)中不同切削條件的加工環(huán)境，4 種切削條件如下所示:
( 1) 干切削: 不使用任何冷卻潤(rùn)滑介質(zhì)。
( 2) 澆灌潤(rùn)滑: 試驗(yàn)采用微型離心泵供給切削液， 切削液用量為 3L /min。
( 3) 低溫氣體冷卻: 試驗(yàn)使用英國(guó) Meech A60015 可調(diào)式冷風(fēng)槍對(duì)切削區(qū)域低溫氣體冷卻，氣流量為 283L /min，冷卻溫度為 － 5℃。
( 4) 微量潤(rùn)滑: 試驗(yàn)采用 0． 7MPa 壓力空氣供給霧 化噴頭，噴頭空氣用量為 150L /min，切削液用量為 50ml /min。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)完成后，對(duì)刀具磨損情況進(jìn)行觀察。當(dāng)切削 長(zhǎng)度為 200m 時(shí)，不同切削條件的刀具磨損形式，由不同切削條件的刀具磨損形式可以看出，各切 削條件的刀尖均出現(xiàn)磨鈍現(xiàn)象，這是由于刀尖處受力 集中且涂層強(qiáng)度比其它部分薄弱造成的。同時(shí)，由于 切屑與刀面摩擦產(chǎn)生高溫，且涂層材料與刀具基體的 熱膨脹系數(shù)不同，切削區(qū)域溫度頻繁變化，造成刀具出 現(xiàn)涂層脫落現(xiàn)象。與其它切削條件的刀具相比，只有干切削條件的切削刃出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象，這表明干切削 條件會(huì)降低刀具壽命，造成加工成本提高。低溫氣體 冷卻條件的刀具經(jīng)超聲波清洗（建議使用昆山舒美超聲波清洗器，更高效，快捷），表面仍粘結(jié)大量金屬 材料，工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬材料會(huì)帶走涂層， 進(jìn)一步加劇刀具的磨損。根據(jù)以上刀具磨損形式，發(fā) 現(xiàn)澆灌與微量潤(rùn)滑的刀具破損較少，干切削與低溫氣 體冷卻的刀具破損更嚴(yán)重，這表明澆灌潤(rùn)滑與微量潤(rùn) 滑條件可以減少刀具的磨損，更適合加工的需要。當(dāng)切削長(zhǎng)度相同時(shí)，澆灌潤(rùn)滑條件的刀具磨損量 最小，低溫氣體冷卻條件比其它三種切削條件下的刀 具磨損更嚴(yán)重，刀具磨損量最大。這是因?yàn)榈毒咔邢?時(shí)受熱溫度升高，而刀具空切時(shí)受低溫氣體冷卻，刀具 表面溫度驟冷驟熱，拉、壓應(yīng)力交替作用，致使刀具更 容易磨損。同時(shí)，低溫導(dǎo)致工件分子結(jié)構(gòu)更緊湊，金屬 硬度增大，刀具切削阻力增加，加劇刀具磨損。根據(jù)刀 具磨損的變化趨勢(shì)和刀具磨損形式，試驗(yàn)表明澆灌潤(rùn) 滑與微量潤(rùn)滑條件更有利于減少刀具磨損，提高加工 效率。綜合分析，切削條件的影響刀具磨損大小的順 序?yàn)? 澆灌潤(rùn)滑 ＜ 微量潤(rùn)滑 ＜ 干切削 ＜ 低溫氣體冷卻

3 結(jié)論

應(yīng)用不同的切削條件，對(duì)黃銅 H59 材料進(jìn)行了微 細(xì)銑削試驗(yàn)，研究了切削條件對(duì)刀具磨損、切削力和表面粗糙度 Ｒa 的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定切削 長(zhǎng)度范圍內(nèi)，刀具磨損、切削力和表面粗糙度 Ｒa 的變 化趨勢(shì)相似; 切削力變化趨勢(shì)可以幫助判別刀具磨損 的情況。以刀具磨損、切削力、表面粗糙度 Ｒa 和環(huán)境 污染為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，最終確定微量潤(rùn)滑條 件為最優(yōu)切削條件。這對(duì)于考慮綠色制造，減少刀具 磨損，提高加工質(zhì)量的實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。