銑削加工與車削存在本質差異。車削加工過程中，切削厚度基本保持恒定，而銑削由于刀具同時進行旋轉與進給運動，切削厚度呈動態變化。以二刃銑刀為例，刀具每旋轉一圈，兩個刀刃分別完成一次切削，且由于刀具對工件沿著進給方向有一個進刀再出刀的過程，切削厚度隨刀具進給和旋轉不斷變化。此外，根據刀具自身旋轉和進給方向的不同，將銑削分為順銑側和逆銑側。
1、毛刺的形成過程
銑削加工中，每齒進給量fn決定了刀齒的切削負荷，刀齒的運動軌跡呈不規則的月牙形，稱為次擺線運動[1]。隨著切削刃的進刀和出刀，被切削材料的厚度不斷變化。由于銑削加工過程的特殊性，根據刀具旋轉速度vc和進給速度vf方向的不同，可以將銑削分為順銑和逆銑。順銑時，切削厚度在剛入刀時最大，切削層厚度隨著刀具旋轉不斷減少直至切出工件；逆銑則與之相反，切削層厚度從零開始逐漸增大至最大值。
銑削過程中，銑削加工方式的特殊性導致不同位置毛刺的生成機理不同。為深入探究其形成規律，本文基于ABAQUS仿真軟件建立鈦合金Ti6Al4V銑削過程的有限元模型，觀察不同位置毛刺的形成過程，并分析工藝參數對毛刺生成的影響。
2、銑削不同位置的毛刺形成過程仿真分析
本文利用ABAQUS軟件建立了銑削加工毛刺形成的有限元模型。仿真結果顯示（見圖1），在刀具軌跡上形成了位于頂部、切入側、切出側等不同區域的毛刺。
銑削過程中，刀具走過的工件表面形成明顯的頂部毛刺。在刀具兩個切削刃不斷進刀和出刀的過程中，工件材料不斷被擠壓，入刀時沿著刀具向上變形流出，一部分形成切屑飛出，另一部分留在工件頂部，形成頂部位置的毛刺[2]。因銑削加工過程的特殊性，頂部毛刺又可以分為順銑側頂部毛刺和逆銑側頂部毛刺，見圖1(a)。
在刀具剛開始進刀的位置，切削材料被刀具第一個切削刃擠壓，隨著刀具的旋轉和進給運動，入刀處殘存的切屑逐漸形成切入端毛刺。圖1(a)展示了隨著刀具不斷向內進給，切入端形成的側面毛刺和底部毛刺。
當刀具進給至即將切出工件端時，形成切出端毛刺，見圖1(b)。由于工件外側缺乏支撐材料，刀具在出口側將工件材料向外側擠壓變形，導致材料向外側翻卷。其中，大塊材料從母體分離形成切屑飛出，剩下的殘屑形成出口側的側面毛刺和切出端底部毛刺。
順銑側在切入時切削厚度最大，隨后逐漸減小。當切削厚度低于最小值時，材料無法被有效切除，部分切屑未能完全與工件分離，逐漸堆積形成翻卷毛刺。逆銑側則相反，因刀具擠壓作用，材料在頂部殘留形成泊松毛刺。兩者形成機理的差異，導致順銑側與逆銑側的毛刺高度存在明顯不同。
3、毛刺影響因素的單因素仿真分析
基于有限元仿真模型，在分析不同部位的毛刺形成過程后，研究刀具旋轉速度、進給速度、切削深度等切削因素對毛刺形成的影響。表征毛刺尺寸特征的參數為毛刺高度[3-4]。
3.1刀具旋轉速度對毛刺形成的影響
為探究刀具轉速對毛刺形成的影響，采用控制變量法，固定進給速度為20mm·s?1、切削深度為0.3mm，選取不同刀具轉速，基于ABAQUS仿真模型觀察各位置毛刺形貌，并計算其平均高度，結果如圖2所示。
由圖2可知，切出方向側邊毛刺高度較高，且在轉速為8000r·min?1時達到最高（高度為0.829mm）；切入方向側邊毛刺高度相對較低（0.204~0.269mm），且隨著轉速增大呈現緩慢上升趨勢；順銑和逆銑方向頂部毛刺高度整體上隨轉速增大呈現上升趨勢，且較為平緩；底部毛刺高度整體數值最低，在0.055~0.258mm。
在固定其他參數的條件下，增大轉速意味著切削線速度增大，導致材料去除率提高、切屑量增多，同時工件變形加劇。切出方向側缺乏材料支撐，形成較大且未脫離工件的切屑，因此會產生尺寸顯著的切出方向側毛刺。這與前述切出側毛刺的形成機理一致。此外，轉速提高帶來的離心力作用增強，促使切屑沿頂部向外翻卷，從而形成尺寸較大的翻卷毛刺。因此，隨著轉速增加，已加工表面整體趨于不平整，各位置（切入方向側、切出方向側、頂部及底部）毛刺高度整體上均呈現增大趨勢。
3.2進給速度對毛刺形成的影響
同理，采用控制變量法，保持刀具轉速為5000r·min?1、切削深度為0.3mm，改變刀具進給速度，進行銑削仿真分析，結果如圖3所示。
由圖3可知，隨著進給速度的增大，切出方向側邊毛刺高度整體在0.567~0.882mm，在所有位置中毛刺高度最大。進給速度在10~20mm·s?1時，切出方向側邊毛刺高度快速升高；進給速度在20~30mm·s?1時，毛刺高度趨于平穩并達到峰值。切入方向側毛刺高度整體波動較小，受進給速度的影響相對較小。順銑和逆銑方向頂部毛刺高度變化趨勢相似，在進給速度為35mm·s?1時接近0.25mm。底部毛刺高度整體較低，在25mm·s?1出現一個小峰值，其余波動較小。
當進給速度較小時，切入端毛刺較小，頂部兩側毛刺不明顯，且分布較為分散；而在其他切削參數不變的情況下，隨著進給速度的增大，每齒進給量不斷增大，變形劇烈，擠壓作用增大，頂部和切出方向側毛刺高度整體上呈增大趨勢[6]。
3.3切削深度對毛刺形成的影響
為探究切削深度對毛刺尺寸的影響，在固定刀具轉速為5000r·min?1、進給速度為20mm·s?1的條件下，設置不同切削深度進行銑削仿真，分析不同位置毛刺高度的變化規律，結果如圖4所示。
由圖4可知，切削深度為0.20mm時，切出方向側邊毛刺高度約為0.48mm；切削深度為0.45mm時，切出方向側邊毛刺高度約為0.92mm，在所有方向中毛刺高度最高，增長最顯著。總體來看，切入方向側邊毛刺高度在0.257~0.374mm，變化幅度較小，受切削深度的影響相對較小。順銑和逆銑方向頂部毛刺高度在0.147~0.257mm，變化幅度較小，受切削深度的影響不明顯。底部毛刺高度整體數值最低（0.006~0.193mm），當切削深度為0.35mm時接近0.006mm，之后有小幅回升。
在其他切削參數保持不變的情況下，增大切削深度會增加材料切除量，導致更多切屑堆積且不易與工件完全分離，從而形成尺寸較大的毛刺。隨著切削深度的增大，切入方向側毛刺高度整體上呈增大趨勢，兩側頂部出現明顯的翻卷毛刺，并向外部翻卷變形。
4、結語
銑削加工屬于變厚度切削，且根據進給方向的不同將其分為順銑與逆銑，因此在銑削過程中產生的頂部毛刺可區分為順銑側與逆銑側兩類。二者形成機理不同，導致順銑側頂部毛刺的平均高度普遍高于逆銑側。在切入與切出方向，工件受刀具擠壓作用，會分別形成側面毛刺和底部毛刺。此外，不同工藝參數對不同部位毛刺高度的影響不同：刀具旋轉速度的增大使不同方向的毛刺高度整體上呈增大趨勢，進給速度的增大使頂部和切出方向側毛刺高度整體上呈增大趨勢，切削深度的增大使切入方向側毛刺高度整體上呈增大趨勢。
參考文獻
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[5] 吳鳳和，王宇，張會龍，等. 基于深度遷移學習的Ti-6Al-4V合金微銑削毛刺尺寸預測[J]. 制造技術與機床，2025(4): 63-69.
[6] 廖璘志，陳琪，伍倪燕. Al6061鋁合金微細銑削微毛刺的產生與信號特征相關性研究[J]. 工具技術，2023(9): 69-75.
（注，原文標題：銑削鈦合金毛刺形成過程和影響因素的仿真分析_朱佳煒）
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