對(duì)切削加工中積屑瘤成因及其預(yù)防措施的探討

田遠(yuǎn)巍

摘 要：在切削加工中，積屑瘤的出現(xiàn)不僅會(huì)增大已加工零件的表面粗糙度，還會(huì)進(jìn)一步惡化已加工零件的表面質(zhì)量，使加工零件的尺寸發(fā)生變化且不易受到控制。所以，要想有效提高機(jī)械產(chǎn)品的整體質(zhì)量與整體性能，就必須做好積屑瘤的分析與研究，清楚地掌握積屑瘤的形成原因，進(jìn)而做好積屑瘤的預(yù)防工作，從而為防止積屑瘤的產(chǎn)生、更好地提高機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量做有益的鋪墊。

關(guān)鍵詞：切削加工 積屑瘤 成因 預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（a）-0072-02

切削塑性金屬材料時(shí)，在切削速度不高且又能形成帶狀切屑的情況下，往往會(huì)在切削刃口附近粘結(jié)一塊剖面層三角狀或鼻狀的金屬塊，它包圍在切削刃且覆蓋部分前面，我們將其稱之為積屑瘤。而事實(shí)證明，積屑瘤的硬度大大高于加工零件材料的硬度，且不易被除去，因此，在零件加工過程中，會(huì)給加工零件的表面質(zhì)量造成進(jìn)一步的惡化。所以，如何做好積屑瘤的預(yù)防工作則具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。以下筆者結(jié)合個(gè)人實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，就切削加工中積屑瘤的成因進(jìn)行了粗淺分析與探討，并提出預(yù)防措施，以供參考。

1 積屑瘤的成因

在切削塑性金屬的過程中，如若我們能夠?qū)⑶邢鞯膶?shí)際速度始終控制在一定范圍之內(nèi)的話，那么一方面，會(huì)使得刀具的前刀面與新產(chǎn)生的切屑底層金屬之間形成相互擠壓與摩擦，進(jìn)而致使刀具的前刀面存在的氧化膜以及吸附膜被破壞，從而致使切屑底層的金屬與刀具的前刀面實(shí)際接觸面積變得越來越大，從而為形成積屑瘤提供必要條件。而在另一方面，會(huì)使切削底層金屬與切削溫度產(chǎn)生滯流層作用，使得切削上層金屬與切削底層金屬發(fā)生滑移問題，并且隨著不斷增加的切削時(shí)間，切削的溫度也被不斷地升高，刀具與切屑的摩擦力也會(huì)不斷加劇，不斷加強(qiáng)壓力作用，而一旦滯流層停止了流動(dòng)，那么勢必會(huì)與刀具的前刀面發(fā)生粘結(jié)，并且在不斷推動(dòng)的后繼切屑作用下，切屑上層金屬與切屑底層金屬之間發(fā)生脫離，為積屑瘤的產(chǎn)生預(yù)留下了重要的空間。尤其是新滯流層還與刀具前刀面發(fā)生粘結(jié)，產(chǎn)生加工硬化，長此以往勢必會(huì)形成積屑瘤，基本形式如圖1所示。

可以說積屑瘤的整個(gè)產(chǎn)生、成長、脫落的過程，是在短時(shí)間內(nèi)形成的，并且會(huì)在整個(gè)切削的過程中周而復(fù)始地不斷出現(xiàn)。而積屑瘤又擁有著極高的硬度，是一般被加工材料的兩倍到3倍之間。因此，當(dāng)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，積屑瘤覆蓋在切削刃上，還可以起到保護(hù)刀具，降低磨損的重要作用。但是一旦處于不穩(wěn)定狀態(tài)下時(shí)，積屑瘤的碎片就會(huì)嵌入工件表面，給工件表面造成硬質(zhì)點(diǎn)，并且會(huì)進(jìn)一步加劇對(duì)刀具的磨損程度。

2 積屑瘤在切削中產(chǎn)生的影響

第一，切削刃和前刀面會(huì)被屑瘤包蓋住一部分，因此，在切削的整個(gè)過程之中，也代替了切削刃和前刀面進(jìn)行了切削作業(yè)，進(jìn)而起到了保護(hù)切削刃以及前刀面的重要作用。但是，由于積屑瘤的穩(wěn)定性極差會(huì)隨著切削加工而不斷變化。所以，一旦刀具上的積屑瘤被迫脫離，那么刀具表面也會(huì)由于焊結(jié)作用被帶走一部分，從而加劇刀具的磨損情況。

第二，刀具前角會(huì)隨著積屑瘤的不斷增大而相應(yīng)發(fā)生變化，尤其是當(dāng)積屑瘤足夠大且刀具前角達(dá)到30°左右，那么切削力勢必會(huì)被不斷降低。同時(shí)，積屑瘤前端也會(huì)伸出切削刃之外，增大切削厚度，進(jìn)而影響機(jī)械加工尺寸的精確度，如圖2所示。

而正是由于上述因素使得在整個(gè)切削過程之中積屑瘤極為不穩(wěn)定，時(shí)而生、時(shí)而滅。所以，在機(jī)械零件的加工過程中尺寸不僅不易控制，且極易在加工零件的表面之上粘結(jié)積屑瘤碎片，加大零件表面的粗糙程序。

3 積屑瘤增大了零件表面的粗糙度并對(duì)機(jī)械產(chǎn)品性能造成影響

第一，積屑瘤的出現(xiàn)極大地加劇了加工零件表面的粗糙程度，從而對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際要求精確程度帶來了巨大的惡劣影響。這是因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品都是由各個(gè)零部件進(jìn)行組合裝配的，因此，其在整個(gè)組合裝配過程之中，各個(gè)零部件表面如若加工過于粗糙，那么無論是間隙配合、過渡配合，還是過盈配合都會(huì)對(duì)他們的實(shí)際配合性質(zhì)產(chǎn)生巨大的影響，進(jìn)而大大降低機(jī)械產(chǎn)品的精確度。如：在間隙配合上，由于零件表面的粗糙程度被積屑瘤大大加劇了，所以在初期磨損階段勢必會(huì)改變配合間隙的性質(zhì)，從而使機(jī)械在進(jìn)入正常的工作狀態(tài)以后就會(huì)逐漸出現(xiàn)漏油、漏氣、振動(dòng)、噪聲等諸多的不良問題，使得機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而過盈配合則是配合表面的凸峰在相互擠壓的情況下，實(shí)際有效的過盈被不斷地減少，致使配合表面的結(jié)合強(qiáng)度不斷降低，進(jìn)而機(jī)械產(chǎn)品的整體精確受到嚴(yán)重影響。

第二，積屑瘤的出現(xiàn)使得零部件表面的粗糙度極具加大，影響了加工零件的實(shí)際耐磨性能。而也正因如此，我們能夠清楚地看到，摩擦面的材料、潤滑條件等因素與零件的耐磨性能有著直接的關(guān)系，而在不改變基礎(chǔ)條件的大背景下，表面粗糙度會(huì)對(duì)摩擦面的磨損產(chǎn)生巨大的影響。而一旦兩個(gè)接觸表面都過于粗糙，那么勢必會(huì)先接觸到一些凸峰的頂部，進(jìn)而導(dǎo)致理論接觸面積大于實(shí)際的接觸面積，實(shí)際承受壓強(qiáng)也被不斷增大，進(jìn)一步加劇磨損情況，影響機(jī)械產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

4 預(yù)防切削加工中積屑瘤產(chǎn)生的具體措施

通過上文的分析可以看到，要想形成積屑瘤必須要滿足兩個(gè)條件。也正因如此，應(yīng)該從兩個(gè)條件入手，對(duì)積屑瘤的產(chǎn)生進(jìn)行預(yù)防。

4.1 做好切削加工時(shí)切削速度、切削溫度的控制

積屑瘤的產(chǎn)生直接受到切屑速度、切削溫度的影響。所以，選擇適合的切削速度與切削溫度就能夠有效預(yù)防切屑瘤的產(chǎn)生，從而更好地提高機(jī)械加工質(zhì)量。正如圖3所示，在進(jìn)行低速切削時(shí)vc≤3 m/min，切削的溫度較低；在進(jìn)行高速切削時(shí)vc≥60 m/min，相比之下切削溫度則較高。而在這兩種情況之下，刀具與切削之間的摩擦力較小，所以也不易發(fā)生粘結(jié)，就不會(huì)形成積屑瘤。而當(dāng)切削速度在二者之間為中速時(shí)vc=20 m/min，則刀具與切屑之間存在較大的摩擦力，極易產(chǎn)生積屑瘤。也正因如此，在切削加工過程中，我們應(yīng)該有效規(guī)避能夠產(chǎn)生積屑瘤的切削速度，將切削速度調(diào)整至較高或較低的程度。

而當(dāng)切削溫度在300 ℃以下時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤；當(dāng)切削溫度在500 ℃以上時(shí)，工件材料的剪切強(qiáng)度較低，切削底層金屬極易軟化，因此，也不易產(chǎn)生積屑瘤；當(dāng)切削溫度在350 ℃到400 ℃之間時(shí)，極易產(chǎn)生積屑瘤。所以，在切削過程中，要注意切屑與前刀面摩擦所產(chǎn)生的溫度，做好溫度區(qū)間的控制。

4.2 做好進(jìn)給量和刀具前角的控制

通過分析可以看到，當(dāng)加大進(jìn)給量時(shí)，切削厚度會(huì)被不斷增大，切削溫度會(huì)被不斷提升，而伴隨著刀具與切屑接觸時(shí)間的不斷越長，積屑瘤的高度也勢必會(huì)不斷越高。所以，選擇合理的切削速度與進(jìn)給量對(duì)有效防止積屑瘤的形成有著至關(guān)重要的作用。而通過實(shí)例分析，研究人員能夠認(rèn)識(shí)到，當(dāng)前角大于35°時(shí)積屑瘤是不會(huì)產(chǎn)生的。

5 結(jié)語

綜上所述，筆者通過對(duì)切削加工過程中積屑瘤的產(chǎn)生進(jìn)行了粗淺分析，也使人們更加清楚地認(rèn)識(shí)到，要想形成積屑瘤，就必須滿足兩個(gè)條件：第一是切削與刀具的前刀面的冷旱面積足夠大；第二則是積屑瘤的加工硬化強(qiáng)度足夠，只有擁有上述兩個(gè)條件，才能夠代替刀具進(jìn)行切割。所以，在切削過程中要想有效防止積屑瘤的出現(xiàn)，在實(shí)際工作之中必須要選擇擁有優(yōu)異潤滑性能的切削液，進(jìn)而起到降低切削溫度的目的，并且進(jìn)一步減少切削與刀具之間的冷焊面積。同時(shí)，還可以采取提高零件加工切削速度的方法，提高切削溫度，進(jìn)而降低切削底層金屬的屈服強(qiáng)度，以此從切削根本上控制積屑瘤的產(chǎn)生，從而制作出更多、更好的、滿足用戶需求的高質(zhì)量零件。

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