微量润滑对铣削力的影响及试验分析

在铣削加工过程中，铣削力的大小和变化对加工过程的稳定性、工件表面质量及刀具的磨损和破损在很大程度上都有影响。本节通过微量润滑技术在几种典型材料的加工试验，讨论其对铣削力的影响。

切削条件：机床为XK7132立式数控铣床；刀具：三齿立式铣刀，直径：φ10mm；每齿进给量：0.1mm；主轴转速：800r/min；测力仪：Kistler9257B三分量测力仪；Kistler5070A型电荷放大器。用上海光学仪器五厂有限公司生产的数显式测量显微镜（15JE）观察已加工表面形貌。使用的润滑剂为意大利Lubric润滑油，油剂用量为140mL/h，压缩空气压力为0.4MPa。

试验材料：

（1）30CrNi2MoVA钢是一种含钒的低合金高强度钢，适于制造截面厚度不大、在高温回火后使用的零件，也常用于制造截面厚度小于50mm的高强度构件。因此，除兵器工业生产中被广泛使用外，目前在导弹、火箭发射装置生产中也被采用（http：//www.su-liao.com/info/detail-752962.html）。30CrNi2MoVA钢调质处理后主要用于制造重载荷的齿轮、机枪管、钢丝等。

（2）PCrNi3Mo高强度钢的含碳量（质量分数）为0.32%～0.42%，合金含量（质量分数）为4.2%～5.6%，是一种中碳调质钢，具有高强度特性。PcrNi3Mo高强度钢主要应用于兵器制造业中，也是航天器材的重要材料，要求具有高强度、高韧性和耐烧性能，以承受高压高温特性，这也给该材料的机械加工提出了很高的要求。传统加工时，一般采取大量浇注切削液的方式以实现充分冷却，但水溶性切削液对硬质合金刀具有较大的热冲击，容易引起崩刃。此外，刀面及切削刃表面粗糙度的增加，会导致摩擦加剧，易生成积屑瘤和鳞刺，从而直接影响已加工表面的表面粗糙度。

（3）钛合金具有重量轻、强度高、高低温性能好、耐腐蚀等许多优点，对于加工来讲，钛合金材料存在强度高、硬度大、弹性模量低、回弹大、易变形、热导率小、摩擦系数小、易粘结等一系列难加工特性。TC4R钛合金的化学成分（质量分数）为：Al—6.5%，V—4.25%，Fe—0.04%，C—0.02%，N—0.015%，O—0.16%，H—0.0018%，Ti。(www.xing528.com)

（4）ZG270-500（旧牌号为ZG35）铸钢的成分（质量分数）为：C—0.4，Si—0.5，Mn—0.9，S—小于0.04，P—小于0.04，残余—小于1%。主要用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。

XYZ三方向的铣削力值见表8-11。铣削力在XY方向较高，而在Z方向力值较小，这主要是由刀具结构决定的。与干式切削加工相比，微量润滑情况下的铣削力随着切削深度的变化，其作用效果是不同的。首先，切削深度增加，刀具/切屑接触面积增大，而刀具/切屑接触区的摩擦作用与接触面积有直接关系，并不服从经典摩擦法则。微量润滑的作用取决于微通道的数目，接触面积增大，微通道数量增多，润滑剂接触面增大，润滑效果明显。其次，切深增加，切削力增加较为明显，也加剧了刀具/切屑接触面的摩擦强度，摩擦区内硬质点增多，产生的微通道数量也会增多，增加了润滑剂的渗入量。

表8-11 微量润滑及干式切削加工条件下不同材料的最大铣削力

被加工材料的物理力学性质、化学成分、热处理状态和切削前材料的加工状态都对切削力的大小有一定影响。对比不同的试验材料，微量润滑对于PCrNi3Mo和ZG35材料效果明显，切削力降低量值较大；而对于TC4R材料润滑效果并不明显。其原因在于，钛合金材料是一种“比强度”（强度/密度）和“比刚度”（刚度/密度）较高的材料，该材料热导率低，切屑与前刀面接触面积较小，塑性较低，因此润滑剂不易渗透至切削区域实施润滑。此外，钛合金的弹性模量低，弹性变形大，后刀面与工件的接触面积大，摩擦磨损严重，刀面应力大，切削力值高。