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编者按

采用单因素试验法采用硬质合金涂层刀具对42CrMoA钢进行车削试验，得出了改变背切量对表面粗糙度和切屑长度的影响规律，精加工阶段的背切刀具提供车削 42CrMoA 钢。 量参考值。 结果表明：当切屑呈螺旋规则形状时，表面粗糙度值随退刀量的增加而减小； 当切屑变成碎屑时表面粗糙度表，表面粗糙度值呈不规则变化趋势； 量继续增加，切屑堆积在前刀面上，切削过程中排屑不畅导致表面粗糙度值增大。 车削42CrMoA时，背啮合量对切屑长度影响较大，切屑长度随背啮合量的增加先增大后减小。

1 序言

42CrMoA钢是一种中碳低合金结构钢，强度高，淬透性好，韧性好，淬火变形小。 经调质处理后综合力学性能良好，在高温工作环境下具有较高的蠕变强度和耐久强度[1]。 适用于对强度和韧性有一定要求的机械零件，如机车的大型齿轮、折弯机的模具、压力容器中承受极大载荷的连杆和弹簧夹、石油深井钻杆接头和打捞工具表面粗糙度表，以及在高温下的零件温度条件。 连接器（≤530°C）和紧固件（<510°C）的制造[2]。

由于42CrMoA钢的强度高，是一种难切削材料。 在切削过程中，工件材料强度越高，切削力和切削功率越大，切削温度相应升高，影响加工的表面粗糙度。 由于金属切削过程是在高温、高压、高速下进行的，切屑的形成机理相当复杂。 车削42CrMoA钢时，很容易形成很长的螺旋切屑。 螺旋切屑过长，易缠绕在工件上，影响切削。 工艺稳定性、操作员安全、刀具寿命、生产率和机加工表面质量。 本文采用硬质合金涂层刀具对调质42CrMoA钢进行车削试验，研究了不同背切量对表面粗糙度和断屑效果的影响[3​​,4]。

2 测试设备

(1)机床 本次试验使用数控车床CKD6150A(见图1)，机床主轴最高转速为2200r/min，最大车削长度为750mm，卡盘直径为250mm。

图1 数控车床CKD6150A

(2)刀具采用35°V型硬质合金涂层刀片，型号为VNMG160404FF，直线断屑槽，槽代号FF。 刀架主偏角为93°，型号为MVJNR2525M16。 试验使用的切削液为较稠的乳液，型号为BC20-ART.1200-05。 刀具几何参数如表1所示。

表1 试验所用刀具几何参数

(3)工件材质为42CrMoA钢，规格：φ30mm×360mm； 热处理：调质； 表面硬度：30-35HRC； 其化学成分和主要力学性能分别见表2和表3[5,6]。

表2 42CrMoA钢的主要化学成分（质量分数）（%）

表3 调质42CrMoA的主要力学性能

三、试验方案及结果分析

(1)试验方案 硬质合金涂层刀具精车切削量推荐范围：背切削量0.1-0.3mm，进给量0.1-0.3mm/r，转速1300-1500r/min。 加工工件直径范围为16-30mm。

为确定退刀量对表面粗糙度和断屑效果的影响规律，取不同的退刀量进行单因素试验，进给量固定为0.15mm/r，从而确保去除率和工艺刚性得到提高。 考虑切割角度，切割速度固定为110m/min。 回料刀取0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm、0.35mm、0.4mm、0.5m、1.00mm、1.50mm 9个值。 试验时工件从d=27mm开始切削，最后切削到d=21mm，试验时转速不超过1500r/min。

(2) 测试结果及分析上述测试方案及测试数据见表4。 不同背切下的表面粗糙度测量结果如图2所示。当切屑呈螺旋状和规则形状时，Ra值随着背切的增加而减小。 背切0.35-1mm时Ra值较好，均在1.6μm以下。 当筹码变成筹码时，Ra值呈现出不规则的趋势。 当背啮合量继续增大时，切屑堆积在前刀面上，切削过程中排屑不良导致 Ra 值增大[7,8]。

表 4 测试数据

图2 回切量ap对Ra值的影响

切削时发现第九组试验的切屑堆积在前刀面上。 前刀面上的切屑堆积不利于切削加工，也影响加工表面质量和刀具寿命。 本组实验与其他组唯一不同的是背熔量最大，第9组p=1.5mm。考虑这个因素会发现，随着切屑宽度的增加，一方面，切屑太宽卷曲形成螺旋切屑； 另一方面，切屑宽度值超过切削刃处断屑槽形状的长度值时，主切削刃处的断屑槽不起断屑作用。 由于主切削刃处的断屑槽宽度小，切削刃前角大，当切屑通过前刀面时，受到断屑槽的阻碍而堆积在前刀面上。 图 3 显示了积聚在前刀面上的切屑形式，切屑的小段弯曲，表明断屑槽阻碍了切屑的流动。

图3 堆积在前刀面上的切屑形状

当进给量f=0.15mm/r时，切削过程中断屑长度L值随退刀量ap的变化如图4所示，切屑长度随退刀量的增加先增大后减小切屑量，p=0.2mm时切屑最长，平均长度为182mm。

图4 f=0.15mm/r时芯片长度的变化

图5为进给速度f=0.2mm/r时切屑长度的变化。 对比图4和图5，断屑槽的断屑效果有一个不理想的后啮合范围，并且这个范围随着进给速度的增加而增大。 但变化不大。 同时可以得出结论，进给速度对切屑长度的影响很大。

图5 f=mm/r时切屑长度的变化

4。结论

1）当切屑呈螺旋状规则形状时，Ra值随退刀量的增加而减小。 当背切量为0.3-1mm时，Ra值较好，均在1.6mm以下。 当芯片变成芯片时，Ra值的变化呈不规则趋势。 当背切量继续增加时，切屑堆积在前刀面上，切削过程中排屑不良导致Ra值增加。

2）车削42CrMoA时，后退量ap对切屑长度影响较大，进给量f对切屑长度也有一定影响。 当进给量为0.15mm/r和0.2mm/r时，切屑长度随背切量的增加先增大后减小。 当ap=0.2mm时，切屑长度最长，断屑效果差。

参考：

[1] 赵松涛，梁俊华． 涂层硬质合金刀具车削 42CrMo 钢切屑的试验研究 [J]． 组合机床与自动化加工技术, 2015, (10): 45-47.

[2] 李勤, 梁俊华, 庞雪惠． 切削用量对车削 42CrMo 钢切削力的影响 [J]. 机床与液压, 2016, 44(3): 163-165.

[3] 魏铁军． 基于正交试验的45钢车削表面粗糙度研究[D]. 苏州: 苏州大学, 2016.

[4] 高胜利, 孙福建, 瞿胜官． 带断屑槽的硬质合金刀具在 40Cr 钢干式车削中的切削性能 [J]. 中北大学学报(自然科学版), 2015, 36(2): 150 -155.

[5] 李刚． 42CrMo钢刀具材料匹配及切削性能分析 [D]. 济南：山东大学，2018． [6]清振华． 高强度钢42CrMo硬切削切屑形成机理研究 [D]. 南京: 南京航空航天大学, 2015.

[7] 张发光． 42CrMo钢高效车削工艺参数优化 [D]． 贵阳: 贵州大学, 2015.

[8] 朱建军，唐佳，赵中华． 车削刀片圆角半径对加工的影响[J]． 实验室研究与探索, 2012, 21 (10): 254-259

本文发表于《金属加工（冷加工）》2022年第4期66-68页，作者：青岛工程职业学院刘军壮、颜艳、宁宇，原标题：《后切的影响42CrMoA钢车削表面粗糙度及切屑影响的研究”。

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