1 鱗剌現象
金屬材料在切削過程中,往往在零件表面上出現不同程度的鱗刺現象,而且因材料不同、切削用量不同、刀具刃幾何角度不同,表現出來的鱗刺高低程度也不同。有資料表明,在較低的切削速度下,用高速鋼、硬質合金或陶瓷刀具,切削一些常用的塑性金屬材料時,在車、刨、插、鑽、拉、滾齒、車螺紋、鉸螺紋、板牙等加工工序中,都可能出現鱗刺。鱗刺對零件表面質量有嚴重影響,使零件表面層產生殘餘應力,進而使零件表面容易產生微裂紋,降低零件的疲勞強度。對於裝配零件,裝配後,實際接觸表面減小、接觸剛度降低,影響機器的工作精度。由此可知,鱗刺是切削加工中獲得較好的表面質量的一大障礙。
2 鱗刺的形成過程及原因
鱗刺形成的開始是抹拭階段,這時前一鱗刺已經形成,新鱗刺還未出現,切屑沿著前刀面流出,切屑以剛切離的新鮮表面抹拭刀的前面,將前刀面上起潤滑作用的吸附膜逐漸拭淨,切屑和前刀面的摩擦係數逐漸加大,切屑底層金屬流速降低,金屬纖維被拉長,出現“滯流”現象,當接觸面間切削刃處的壓力、溫度增加到一定程度時,切屑底層中的切應力超過材料的剪下強度,滯流層金屬流速為零,此時切屑和刀具就發生冷焊現象如圖1(a)所示,切屑停留在前刀面上,暫時不沿前刀面流出,且代替前刀面擠壓待切削層,這時切削刃的前下方切屑與加工表面之間出現一裂口,如圖1(b)所示,由於切削運動的連續性,切屑一旦滯留在前刀面上,便代替刀具繼續擠壓切削層,使切削層中受到擠壓的金屬轉化為切屑,而這部分新成為切屑的金屬,將逐層地積聚在起擠壓作用的那部分切屑的下方,這些金屬一旦積聚並轉化為切屑,便立即參加擠壓切削層的作用,如圖1(c)所示。隨著層積過程的發展,切削厚度將逐漸增大,切削力隨之增大,切削抗力也隨之增大,切屑沿前面流出時的水平推力也增大。
圖1 鱗刺形成過程各階段示意圖
當層積金屬達到一定厚度後,水平分力也隨之增大到能夠推動切屑重新流出的程度,於是切屑又重新開始沿前刀面流出,同時切削刃便刮出鱗刺的頂部,一個鱗刺的形成過程使告結束,緊接著又開始另一個新鱗刺的形成過程,如圖1(d)所示。
從前面的鱗刺形成的過程看,金屬材料尤其是塑性金屬材料在切削加工過程中,導致鱗刺形成的原因是前刀面與切屑摩擦形成粘結層並逐漸堆積,切屑在刀具的前刀面上週期性地停滯,代替刀具的前刀面擠壓切削層,加劇了金屬的塑性變形。切削層金屬的積聚,使切削層增大並向切削線以下延伸,導致切削刃前方的加工面上產生導裂,當切削力超過粘結力時,切屑流出並被切離而導裂層殘留在已加工表面上形成鱗刺。需要說明的是積屑瘤對鱗刺也有影響:金屬在切削加工過程中,常常有一些從切屑或工件上帶來的金屬層積並冷焊在前刀面上,形成硬度很高的金屬塊,它能代替刀面和刀刃進行切削,這一小硬塊就是積屑瘤。由於積屑瘤使用其圓鈍的前端擠壓切削層,使切削層中的金屬大部分成為切屑流出,而很小一部分週期地冷焊和層積在積屑瘤的前端,層積到一定高度後,便被積屑瘤刮頂而成為鱗刺。從另一個方面講,積削瘤的存在,導致刀具的切削角度變化,由切削瘤代替切削刃切削,刀具的鋒利程度下降,刀具變鈍,更容易造成切削層在刀具的前刀面上層積,增大切削抗力,致使切削表面撕裂,形成鱗刺(如圖2),積屑瘤週期地形成鱗刺並使積削瘤前端週期地破碎(為此,積屑瘤加劇鱗刺的形成,使加工表面質量嚴重下降。
圖2 積屑瘤對鱗刺的影響示意圖
3 切削因素的影響及抑制措施
影響鱗刺的主要因素有:切削速度、切削深度、刀具的前角、工件的材質和切削液。
切削速度
切削速度主要是透過切削溫度來影響鱗刺,溫度在一定範圍時,刀和屑間的摩擦係數最大,容易產生切削層的層積,切削速度是影響切削溫度的主要因素,在某一適中切削速度範圍內容易形成鱗刺。透過實踐發現,切削速度低時,開始出現鱗刺但高度較小,鱗刺的高度隨著切削速度的提高而增大,達到一定速度時便減小,最後消失。
切削厚度
如果在同一切削速度下,切削厚度增大時,切削溫度和力及與切屑接觸長度隨之增大,因此,鱗刺形成及高度隨著切削厚度增大而增大。
刀具的前角
刀具的前角增大時,前刀面上的法向力減小,切削溫度降低,切屑變形減小,當切削速度低時,鱗刺的高度隨前角增大而下降,但切削速度高時,隨著切削溫度的升高,鱗刺的高度卻隨著前角增大而增大。
材質
在實踐中發現,在較低的切削速度下,經過調質處理的工件,切削後鱗刺較大;正火處理的工件較小。但在較高的切削速度下,情況完全不一樣,經調質處理的工件產生鱗刺高度較小,正火退火處理的工件較高。
切削液及其他
切削液的使用,可以有效控制切削溫度,減少摩擦,採用潤滑冷卻效能很好的切削液可以防止和抑制鱗刺產生和生長。選用與工件材料化學親和性差的刀具材料,也可以抑制鱗刺產生。
1 鱗剌現象
金屬材料在切削過程中,往往在零件表面上出現不同程度的鱗刺現象,而且因材料不同、切削用量不同、刀具刃幾何角度不同,表現出來的鱗刺高低程度也不同。有資料表明,在較低的切削速度下,用高速鋼、硬質合金或陶瓷刀具,切削一些常用的塑性金屬材料時,在車、刨、插、鑽、拉、滾齒、車螺紋、鉸螺紋、板牙等加工工序中,都可能出現鱗刺。鱗刺對零件表面質量有嚴重影響,使零件表面層產生殘餘應力,進而使零件表面容易產生微裂紋,降低零件的疲勞強度。對於裝配零件,裝配後,實際接觸表面減小、接觸剛度降低,影響機器的工作精度。由此可知,鱗刺是切削加工中獲得較好的表面質量的一大障礙。
2 鱗刺的形成過程及原因
鱗刺形成的開始是抹拭階段,這時前一鱗刺已經形成,新鱗刺還未出現,切屑沿著前刀面流出,切屑以剛切離的新鮮表面抹拭刀的前面,將前刀面上起潤滑作用的吸附膜逐漸拭淨,切屑和前刀面的摩擦係數逐漸加大,切屑底層金屬流速降低,金屬纖維被拉長,出現“滯流”現象,當接觸面間切削刃處的壓力、溫度增加到一定程度時,切屑底層中的切應力超過材料的剪下強度,滯流層金屬流速為零,此時切屑和刀具就發生冷焊現象如圖1(a)所示,切屑停留在前刀面上,暫時不沿前刀面流出,且代替前刀面擠壓待切削層,這時切削刃的前下方切屑與加工表面之間出現一裂口,如圖1(b)所示,由於切削運動的連續性,切屑一旦滯留在前刀面上,便代替刀具繼續擠壓切削層,使切削層中受到擠壓的金屬轉化為切屑,而這部分新成為切屑的金屬,將逐層地積聚在起擠壓作用的那部分切屑的下方,這些金屬一旦積聚並轉化為切屑,便立即參加擠壓切削層的作用,如圖1(c)所示。隨著層積過程的發展,切削厚度將逐漸增大,切削力隨之增大,切削抗力也隨之增大,切屑沿前面流出時的水平推力也增大。
圖1 鱗刺形成過程各階段示意圖
當層積金屬達到一定厚度後,水平分力也隨之增大到能夠推動切屑重新流出的程度,於是切屑又重新開始沿前刀面流出,同時切削刃便刮出鱗刺的頂部,一個鱗刺的形成過程使告結束,緊接著又開始另一個新鱗刺的形成過程,如圖1(d)所示。
從前面的鱗刺形成的過程看,金屬材料尤其是塑性金屬材料在切削加工過程中,導致鱗刺形成的原因是前刀面與切屑摩擦形成粘結層並逐漸堆積,切屑在刀具的前刀面上週期性地停滯,代替刀具的前刀面擠壓切削層,加劇了金屬的塑性變形。切削層金屬的積聚,使切削層增大並向切削線以下延伸,導致切削刃前方的加工面上產生導裂,當切削力超過粘結力時,切屑流出並被切離而導裂層殘留在已加工表面上形成鱗刺。需要說明的是積屑瘤對鱗刺也有影響:金屬在切削加工過程中,常常有一些從切屑或工件上帶來的金屬層積並冷焊在前刀面上,形成硬度很高的金屬塊,它能代替刀面和刀刃進行切削,這一小硬塊就是積屑瘤。由於積屑瘤使用其圓鈍的前端擠壓切削層,使切削層中的金屬大部分成為切屑流出,而很小一部分週期地冷焊和層積在積屑瘤的前端,層積到一定高度後,便被積屑瘤刮頂而成為鱗刺。從另一個方面講,積削瘤的存在,導致刀具的切削角度變化,由切削瘤代替切削刃切削,刀具的鋒利程度下降,刀具變鈍,更容易造成切削層在刀具的前刀面上層積,增大切削抗力,致使切削表面撕裂,形成鱗刺(如圖2),積屑瘤週期地形成鱗刺並使積削瘤前端週期地破碎(為此,積屑瘤加劇鱗刺的形成,使加工表面質量嚴重下降。
圖2 積屑瘤對鱗刺的影響示意圖
3 切削因素的影響及抑制措施
影響鱗刺的主要因素有:切削速度、切削深度、刀具的前角、工件的材質和切削液。
切削速度
切削速度主要是透過切削溫度來影響鱗刺,溫度在一定範圍時,刀和屑間的摩擦係數最大,容易產生切削層的層積,切削速度是影響切削溫度的主要因素,在某一適中切削速度範圍內容易形成鱗刺。透過實踐發現,切削速度低時,開始出現鱗刺但高度較小,鱗刺的高度隨著切削速度的提高而增大,達到一定速度時便減小,最後消失。
切削厚度
如果在同一切削速度下,切削厚度增大時,切削溫度和力及與切屑接觸長度隨之增大,因此,鱗刺形成及高度隨著切削厚度增大而增大。
刀具的前角
刀具的前角增大時,前刀面上的法向力減小,切削溫度降低,切屑變形減小,當切削速度低時,鱗刺的高度隨前角增大而下降,但切削速度高時,隨著切削溫度的升高,鱗刺的高度卻隨著前角增大而增大。
材質
在實踐中發現,在較低的切削速度下,經過調質處理的工件,切削後鱗刺較大;正火處理的工件較小。但在較高的切削速度下,情況完全不一樣,經調質處理的工件產生鱗刺高度較小,正火退火處理的工件較高。
切削液及其他
切削液的使用,可以有效控制切削溫度,減少摩擦,採用潤滑冷卻效能很好的切削液可以防止和抑制鱗刺產生和生長。選用與工件材料化學親和性差的刀具材料,也可以抑制鱗刺產生。