铣削加工与车削存在本质差异。车削加工过程中，切削厚度基本保持恒定，而铣削由于刀具同时进行旋转与进给运动，切削厚度呈动态变化。以二刃铣刀为例，刀具每旋转一圈，两个刀刃分别完成一次切削，且由于刀具对工件沿着进给方向有一个进刀再出刀的过程，切削厚度随刀具进给和旋转不断变化。此外，根据刀具自身旋转和进给方向的不同，将铣削分为顺铣侧和逆铣侧。
1、毛刺的形成过程
铣削加工中，每齿进给量fn决定了刀齿的切削负荷，刀齿的运动轨迹呈不规则的月牙形，称为次摆线运动[1]。随着切削刃的进刀和出刀，被切削材料的厚度不断变化。由于铣削加工过程的特殊性，根据刀具旋转速度vc和进给速度vf方向的不同，可以将铣削分为顺铣和逆铣。顺铣时，切削厚度在刚入刀时最大，切削层厚度随着刀具旋转不断减少直至切出工件；逆铣则与之相反，切削层厚度从零开始逐渐增大至最大值。
铣削过程中，铣削加工方式的特殊性导致不同位置毛刺的生成机理不同。为深入探究其形成规律，本文基于ABAQUS仿真软件建立钛合金Ti6Al4V铣削过程的有限元模型，观察不同位置毛刺的形成过程，并分析工艺参数对毛刺生成的影响。
2、铣削不同位置的毛刺形成过程仿真分析
本文利用ABAQUS软件建立了铣削加工毛刺形成的有限元模型。仿真结果显示（见图1），在刀具轨迹上形成了位于顶部、切入侧、切出侧等不同区域的毛刺。
铣削过程中，刀具走过的工件表面形成明显的顶部毛刺。在刀具两个切削刃不断进刀和出刀的过程中，工件材料不断被挤压，入刀时沿着刀具向上变形流出，一部分形成切屑飞出，另一部分留在工件顶部，形成顶部位置的毛刺[2]。因铣削加工过程的特殊性，顶部毛刺又可以分为顺铣侧顶部毛刺和逆铣侧顶部毛刺，见图1(a)。
在刀具刚开始进刀的位置，切削材料被刀具第一个切削刃挤压，随着刀具的旋转和进给运动，入刀处残存的切屑逐渐形成切入端毛刺。图1(a)展示了随着刀具不断向内进给，切入端形成的侧面毛刺和底部毛刺。
当刀具进给至即将切出工件端时，形成切出端毛刺，见图1(b)。由于工件外侧缺乏支撑材料，刀具在出口侧将工件材料向外侧挤压变形，导致材料向外侧翻卷。其中，大块材料从母体分离形成切屑飞出，剩下的残屑形成出口侧的侧面毛刺和切出端底部毛刺。
顺铣侧在切入时切削厚度最大，随后逐渐减小。当切削厚度低于最小值时，材料无法被有效切除，部分切屑未能完全与工件分离，逐渐堆积形成翻卷毛刺。逆铣侧则相反，因刀具挤压作用，材料在顶部残留形成泊松毛刺。两者形成机理的差异，导致顺铣侧与逆铣侧的毛刺高度存在明显不同。
3、毛刺影响因素的单因素仿真分析
基于有限元仿真模型，在分析不同部位的毛刺形成过程后，研究刀具旋转速度、进给速度、切削深度等切削因素对毛刺形成的影响。表征毛刺尺寸特征的参数为毛刺高度[3-4]。
3.1刀具旋转速度对毛刺形成的影响
为探究刀具转速对毛刺形成的影响，采用控制变量法，固定进给速度为20mm·s⁻¹、切削深度为0.3mm，选取不同刀具转速，基于ABAQUS仿真模型观察各位置毛刺形貌，并计算其平均高度，结果如图2所示。
由图2可知，切出方向侧边毛刺高度较高，且在转速为8000r·min⁻¹时达到最高（高度为0.829mm）；切入方向侧边毛刺高度相对较低（0.204~0.269mm），且随着转速增大呈现缓慢上升趋势；顺铣和逆铣方向顶部毛刺高度整体上随转速增大呈现上升趋势，且较为平缓；底部毛刺高度整体数值最低，在0.055~0.258mm。
在固定其他参数的条件下，增大转速意味着切削线速度增大，导致材料去除率提高、切屑量增多，同时工件变形加剧。切出方向侧缺乏材料支撑，形成较大且未脱离工件的切屑，因此会产生尺寸显著的切出方向侧毛刺。这与前述切出侧毛刺的形成机理一致。此外，转速提高带来的离心力作用增强，促使切屑沿顶部向外翻卷，从而形成尺寸较大的翻卷毛刺。因此，随着转速增加，已加工表面整体趋于不平整，各位置（切入方向侧、切出方向侧、顶部及底部）毛刺高度整体上均呈现增大趋势。
3.2进给速度对毛刺形成的影响
同理，采用控制变量法，保持刀具转速为5000r·min⁻¹、切削深度为0.3mm，改变刀具进给速度，进行铣削仿真分析，结果如图3所示。
由图3可知，随着进给速度的增大，切出方向侧边毛刺高度整体在0.567~0.882mm，在所有位置中毛刺高度最大。进给速度在10~20mm·s⁻¹时，切出方向侧边毛刺高度快速升高；进给速度在20~30mm·s⁻¹时，毛刺高度趋于平稳并达到峰值。切入方向侧毛刺高度整体波动较小，受进给速度的影响相对较小。顺铣和逆铣方向顶部毛刺高度变化趋势相似，在进给速度为35mm·s⁻¹时接近0.25mm。底部毛刺高度整体较低，在25mm·s⁻¹出现一个小峰值，其余波动较小。
当进给速度较小时，切入端毛刺较小，顶部两侧毛刺不明显，且分布较为分散；而在其他切削参数不变的情况下，随着进给速度的增大，每齿进给量不断增大，变形剧烈，挤压作用增大，顶部和切出方向侧毛刺高度整体上呈增大趋势[6]。
3.3切削深度对毛刺形成的影响
为探究切削深度对毛刺尺寸的影响，在固定刀具转速为5000r·min⁻¹、进给速度为20mm·s⁻¹的条件下，设置不同切削深度进行铣削仿真，分析不同位置毛刺高度的变化规律，结果如图4所示。
由图4可知，切削深度为0.20mm时，切出方向侧边毛刺高度约为0.48mm；切削深度为0.45mm时，切出方向侧边毛刺高度约为0.92mm，在所有方向中毛刺高度最高，增长最显著。总体来看，切入方向侧边毛刺高度在0.257~0.374mm，变化幅度较小，受切削深度的影响相对较小。顺铣和逆铣方向顶部毛刺高度在0.147~0.257mm，变化幅度较小，受切削深度的影响不明显。底部毛刺高度整体数值最低（0.006~0.193mm），当切削深度为0.35mm时接近0.006mm，之后有小幅回升。
在其他切削参数保持不变的情况下，增大切削深度会增加材料切除量，导致更多切屑堆积且不易与工件完全分离，从而形成尺寸较大的毛刺。随着切削深度的增大，切入方向侧毛刺高度整体上呈增大趋势，两侧顶部出现明显的翻卷毛刺，并向外部翻卷变形。
4、结语
铣削加工属于变厚度切削，且根据进给方向的不同将其分为顺铣与逆铣，因此在铣削过程中产生的顶部毛刺可区分为顺铣侧与逆铣侧两类。二者形成机理不同，导致顺铣侧顶部毛刺的平均高度普遍高于逆铣侧。在切入与切出方向，工件受刀具挤压作用，会分别形成侧面毛刺和底部毛刺。此外，不同工艺参数对不同部位毛刺高度的影响不同：刀具旋转速度的增大使不同方向的毛刺高度整体上呈增大趋势，进给速度的增大使顶部和切出方向侧毛刺高度整体上呈增大趋势，切削深度的增大使切入方向侧毛刺高度整体上呈增大趋势。
参考文献
[1] 周娜，郭巨寿，王向明，等. 基于DEFORM的铝合金铣削有限元数值模拟[J]. 柴油机设计与制造，2013(3): 40-44.
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[3] WEINERT K, PETZOLDT V. Machining NiTi micro-parts by micro-milling[J]. Materials Science and Engineering: A, 2008, 481-482: 672-675.
[4] AURICH J C, DORNFELD D, ARRAZOLA P J, et al. Burrs — Analysis, control and removal[J]. CIRP Annals, 2009(6): 519-542.
[5] 吴凤和，王宇，张会龙，等. 基于深度迁移学习的Ti-6Al-4V合金微铣削毛刺尺寸预测[J]. 制造技术与机床，2025(4): 63-69.
[6] 廖璘志，陈琪，伍倪燕. Al6061铝合金微细铣削微毛刺的产生与信号特征相关性研究[J]. 工具技术，2023(9): 69-75.
（注，原文标题：铣削钛合金毛刺形成过程和影响因素的仿真分析_朱佳炜）
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