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如何避免产生积屑瘤?

【摘要】:积屑瘤的形成主要取决于切削温度,如在300℃~380℃切削碳钢易产生积屑瘤。积屑瘤不稳定,易破裂,其碎片随机性地散落,可能会留在已加工表面上。显然,积屑瘤有利有弊。此外,接触面间的压力、粗糙程度、黏结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。塑性好的材料,切削时的塑性变形较大,容易产生积屑瘤;塑性差、硬度较高的材料,产生积屑瘤的可能性相对较小。

在一定切削速度范围内,加工钢材、有色金属等塑性材料时,在刀具前面靠近刀刃的部位黏附着一小块很硬的金属,这块金属就是切削过程中产生的积屑瘤,或称刀瘤,如图2-16所示。

图2-16 积屑瘤

1.积屑瘤的形成

积屑瘤是由于切屑和前面剧烈的摩擦、黏结而形成的。当切屑沿前面流出时,在高温和高压的作用下,切屑底层受到很大的摩擦阻力,致使这一层金属的流动速度降低,形成“滞流层”。当滞流层金属与前面之间的摩擦力超过切屑本身分子间的结合力时,就会有一部分金属黏结在刀刃附近形成积屑瘤。积屑瘤形成后不断长大,达到一定高度又会破裂,而被切屑带下或嵌附在工件表面上,影响表面粗糙度。上述过程是重复进行的。积屑瘤的形成主要取决于切削温度,如在300℃~380℃切削碳钢易产生积屑瘤。

2.积屑瘤对切削加工的影响

(1)对切削力的影响。积屑瘤黏结在前刀面上,增大了刀具的实际前角,可使切削力减小。但由于积屑瘤不稳定,导致了切削力的波动。

(2)对已加工表面粗糙度的影响。积屑瘤不稳定,易破裂,其碎片随机性地散落,可能会留在已加工表面上。另外,积屑瘤形成的刃口不光滑,使已加工表面变得粗糙。

(3)对刀具耐用度的影响。积屑瘤相对稳定时,可代替切削刃切削,减小了切屑与前刀面的接触面积,提高刀具耐用度;积屑瘤不稳定时,破裂部分有可能引起硬质合金刀具的剥落,反而降低了刀具耐用度。

显然,积屑瘤有利有弊。粗加工时,对精度和表面粗糙度要求不高,如果积屑瘤能稳定生长,则可以代替刀具进行切削,保护刀具,同时减小切削变形;精加工时,则应避免积屑瘤的出现。

3.影响积屑瘤的主要因素

工件材料和切削速度是影响积屑瘤的主要因素。此外,接触面间的压力、粗糙程度、黏结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。

(1)工件材料。塑性好的材料,切削时的塑性变形较大,容易产生积屑瘤;塑性差、硬度较高的材料,产生积屑瘤的可能性相对较小。切削脆性材料时,形成的崩碎切屑与前面无摩擦,一般无积屑瘤产生。

(2)切削速度。切削速度较低(vc<3 m/min)时,切屑流动较慢,切屑底面的金属被充分氧化,摩擦系数小,切削温度低,切屑金属分子间的结合力大于切屑底面与前面之间的摩擦力,因而不会出现积屑瘤。切削速度在3~40 m/min 范围内时,切屑底面的金属与前面间的摩擦系数较大,切削温度高,切屑金属分子间的结合力降低,因而容易产生积屑瘤。当切削速度较高(vc>40 m/min)时,由于切削温度很高,切屑底面呈微熔状态,摩擦系数明显降低,亦不会产生积屑瘤。

此外,增大前角以减小切屑变形或用油石仔细打磨刀具前面以减小摩擦,或选用合适的冷却润滑液以降低切削温度和减小摩擦,都有助于防止积屑瘤的产生。