【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可減小甚至消除積屑瘤。 ? （ 5）控制措施 ? 既然積屑瘤的形成是切屑底層中的金屬由于前刀面的摩擦所引起的，因而要減小或避免積屑瘤的產(chǎn)生必須從減小變形與刀 ~屑間的摩擦入手。 ? 1）對(duì)塑性金屬材料來(lái)說(shuō)，可采取適當(dāng)?shù)臒崽幚?，改變其金相組織。例如低碳鋼通過(guò)正火、調(diào)質(zhì)處理后，能提高其硬度，降低其塑性，減小積屑瘤生長(zhǎng)。 ? 2）避開積屑瘤的生長(zhǎng)速度范圍。為此，采用高速鋼刀具精加工時(shí)，為了獲得較高的表面光潔度，總是采用低速。如鉸精密孔（ 2級(jí)精度▽ 6~▽ 7時(shí)），一般可取 υ=~(2~5m/min)，并添加切削液，減少摩擦，以避免積屑瘤的產(chǎn)生。拉削時(shí)采用 υ=~(1~5m/min)的低速。在車削精密絲桿時(shí)，采用 γo=0o的車刀，取低于 ()的切削速度，可得到▽ 8~▽ 9時(shí)級(jí)光潔度。另一方面可采用高速切削，當(dāng)切削速度 υ增至一定值時(shí)可使積屑瘤完全消失。例如切軟鋼時(shí)一般 υ（ 100m/min）相當(dāng)于已超過(guò)形成積屑瘤上限的溫度（約 560℃ ），積屑瘤的變形強(qiáng)化能力消失，也不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。 ? 3）采用潤(rùn)滑性能好的切削液可以抑制積屑瘤。 ? 4）增大前角也可抑制積屑瘤，當(dāng) γo 35o時(shí)，一般即不再產(chǎn)生積屑瘤。 ? 5）其他如減小切削厚度，采用人工加熱切削區(qū)等措施，也可以減小甚至消除積屑瘤 圖 135 刀具上的積屑瘤及其使前角增大的情況 圖 136積屑瘤與滯流層形成示意圖 圖 137刀 ~屑接觸長(zhǎng)度 圖 138 切削速度變化時(shí)，工件材料塑性， 切削厚度前角對(duì)積屑瘤高度的影響 2. 鱗刺 （ 1）現(xiàn)象與作用 在較低的切削速度下，用高速鋼、硬質(zhì)合金刀具切削低、中碳鋼，鉻鋼（ 20Cr， 40Cr），不銹鋼，鋁合金及紫銅等塑性金屬時(shí)，在工件的已加工表面常會(huì)出現(xiàn)一種鱗片狀的毛刺稱為鱗刺。拉削、插齒、滾齒與螺紋切削時(shí)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生鱗刺。它嚴(yán)重地影響了加工表面光潔度，往往使光潔度降低 2~4級(jí)。為此，我們必須認(rèn)識(shí)鱗刺產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便對(duì)它進(jìn)行主動(dòng)的控制。 （ 2）成因 根據(jù)國(guó)內(nèi)的研究，認(rèn)為鱗刺形成的原因是在較低的切削速度下形成擠裂切屑或單元切屑時(shí)，刀 ~屑間的摩擦力發(fā)生周期性的變化，促使切屑在前刀面上周期性地停留，代替刀具推擠切削層，造成金屬的積聚，已加工表面出現(xiàn)拉應(yīng)力而發(fā)生導(dǎo)裂，并使切削厚度向切削線以下增大，生成鱗剌。 由圖 140可知，鱗刺的形成過(guò)程是：當(dāng)切屑從前刀面流出時(shí)，逐漸把摩擦面上有潤(rùn)滑作用的吸附膜擦拭干凈，使摩擦系數(shù)逐漸增大，刀 ~屑實(shí)際接觸面積增大，在刀 ~屑間巨大壓力的作用下，使切屑單元在瞬間內(nèi)粘結(jié)在前刀面上，暫時(shí)不沿前刀面流出。這時(shí)，切屑以圓鈍的外形代替前刀面進(jìn)行擠壓，使切削刃前下方，屑 ~工之間產(chǎn)生裂口（稱為導(dǎo)裂）。繼續(xù)切削時(shí)，使受到擠壓的金屬不斷地層積在切屑單元下面，一起參加切削，使裂口擴(kuò)大，切削厚度與切削力隨之增大。當(dāng)層積到某一高度后，增大了切削力 Fy克服了刀 ~屑間的粘結(jié)和摩擦，推動(dòng)切屑單元重新沿前刀面滑動(dòng)，這時(shí)切削刃過(guò)去便形成一個(gè)鱗刺。接著又開始另一個(gè)新鱗刺的形成過(guò)程。如此周而復(fù)始，在已加工表面上不斷生成一系列的鱗刺 ? 鱗刺因塑性變形而硬化，由于它是因切屑滯流或停留，導(dǎo)致切削應(yīng)力的變化，引起工件材料的撕裂和剪切，故它的表面微觀特征是鱗片狀的凹凸不平，且接近于沿整個(gè)切削刃寬度并垂直于切削速度方向，它不同于粘附在前刀面上的積屑瘤，由于積屑瘤是隨機(jī)的局部破碎，故它的表面特征是不規(guī)則的縱向犁溝。 ? 鱗刺的形成除了與切削速度、切削厚度等因素有關(guān)外，還決定于被加工材料的性能和它的金相組織，材料的變形強(qiáng)化越大以及它與刀具間的摩擦越大，越易形成鱗刺。國(guó)外一些學(xué)者認(rèn)為，鱗刺就是積屑瘤的碎片。國(guó)內(nèi)的研究指出，鱗刺是切削過(guò)程中的一個(gè)獨(dú)特現(xiàn)象，其生成可以不依賴于積屑瘤，根據(jù)我們?cè)囼?yàn)所作鱗刺縱剖面顯微照片上可看出（圖 ）鱗刺和工件的晶粒相互交錯(cuò)，鱗刺與工件母體間沒有分界線，與嵌入已加工表面的積屑瘤碎片不同。也有研究認(rèn)為積屑瘤和鱗剌現(xiàn)象有密切聯(lián)系，認(rèn)為切屑底層金屬發(fā)生嚴(yán)重停滯是形成鱗刺的先決條件。積屑瘤是切屑底層最嚴(yán)重的停滯，此時(shí)鱗刺也最顯著。要避免鱗刺就要消除積屑瘤。由此可見，關(guān)于鱗刺的成因及其與積屑瘤的關(guān)系等問(wèn)題還值得進(jìn)一步研究與探討。 ? （ 3）控制措施 ? 認(rèn)識(shí)了鱗刺形成過(guò)程的規(guī)律性后，我們就可以采取有效的措施來(lái)控制鱗刺的產(chǎn)生。因?yàn)轺[刺是切削過(guò)程中變形與摩擦的產(chǎn)物，是一種重要的物理現(xiàn)象，它產(chǎn)生于刀 ~工接觸區(qū)，但與刀 ~屑接觸區(qū)的摩擦密切有關(guān)。為此便可從減小刀 ~屑，刀 ~工間的摩擦入手，使擠裂切屑轉(zhuǎn)化為帶狀切屑。具體地說(shuō)，如適當(dāng)?shù)靥岣吖ぜ牧系挠捕?，增大刀具的后角，減小切削厚度，采用潤(rùn)滑性能較好的切削液，采用人工加熱切削；在較低切削速度下適當(dāng)增大前角，在較高切削速度下適當(dāng)減小前角等，均有利于抑制鱗刺的產(chǎn)生，提高加工表面的光潔度 圖 139 鱗刺形成的四個(gè)階段 切削力與切削功率 1. 切削力及研究切削力的意義 2. 切削合力、分力和切削功率 3. 切削力的測(cè)量與計(jì)算 1. 切削力及研究切削力的意義 切削力是指由于刀具切削工件（試件）而產(chǎn)生的工件和刀具之間的相互作用力。 切削力是切削過(guò)程中產(chǎn)生的重要物理現(xiàn)象，對(duì)切削過(guò)程有著多方面的重要影響：它直接影響切削時(shí)消耗的功率和產(chǎn)生的熱量，并引進(jìn)工藝系統(tǒng)的變形和振動(dòng)。切削力過(guò)大時(shí)，還會(huì)造成刀具、夾具或機(jī)床的損壞。切削過(guò)程中消耗功所轉(zhuǎn)化成的切削熱則會(huì)使刀具磨損加快，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形并惡化已加工表面質(zhì)量。所以，掌握切削力的變化規(guī)律，計(jì)算切削力的數(shù)值，不僅是設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具的重要依據(jù)，而且對(duì)分析、解決切削加工生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題有重要的指導(dǎo)意義。 刀具切削工件時(shí)，之所以發(fā)會(huì)產(chǎn)生切削力，根本原因是切削過(guò)程中產(chǎn)生的變形和摩擦引起的。對(duì)刀具來(lái)說(shuō)，它受到的切削力來(lái)自兩個(gè)方面，一是三個(gè)變形區(qū)內(nèi)工件材料的彈、塑性變形產(chǎn)生的抗力；二是工件、切屑與刀具摩擦產(chǎn)生的阻力。從產(chǎn)生的部位來(lái)說(shuō)，切削力產(chǎn)生于刀具的前、后刀面，見圖 141，前刀面上的正壓力 FrN和 Fr合成前刀面合力 Fr , rN，后刀面上的正壓力與摩擦力合成后刀面合力 Fa , aN， Fr , rN與 Fa , aN又可合成為總合力 F， F就是作用在刀具上的總切削力。一般切削條件下，如果刀具比較鋒利，前刀面上的切削力是主要的，后刀面上的切削力相對(duì)較小。在研究有些具體問(wèn)題時(shí)，為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，常忽略后刀面上的作用力的影響，但在刀具磨損大時(shí)，則不容忽視。 ? （ 1）切削合力和切削分力 ? 圖 141中刀具（或工件）是上作用的切削力的總合力 F稱為切削合力，由于切削合力的大小和方向是隨切削條件而變化的一個(gè)空間力，不便于計(jì)算與測(cè)量，在研究和分析實(shí)際問(wèn)題難以直接應(yīng)用，為適應(yīng)解決問(wèn)題的需要，又便于測(cè)量與計(jì)算，常將 F分解為某幾個(gè)方向上的分力，稱為切削分力。車削中常將 F分解為以下三個(gè)分力。 ? 主切削力 Fz——是沿切削速度方向上的分力，又稱為切向力。 ? 進(jìn)給抗力 Fx——是 F在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力，外圓車削中又叫軸向力。 ? 切深抗力 Fy——是 F在切深方向上的分力，外圓車削中，又叫徑向力。 ? 三個(gè)分力中，主切削力 Fz最大，消耗功率也最多，約占總功率的 95%。它是決定機(jī)床主電機(jī)功率、設(shè)計(jì)與校驗(yàn)主傳動(dòng)系統(tǒng)各零件以及夾具、刀具強(qiáng)度、剛度的重要依據(jù)。 ? Fx作用在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上，是設(shè)計(jì)與校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)各零、部件強(qiáng)度的依據(jù)，也消耗一定的功率。 ? Fy同時(shí)垂直于主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向，不消耗功率。但在車削軸類零件時(shí)，易引起工藝系統(tǒng)的變形和振動(dòng)，對(duì)加工精度和表面質(zhì)量有較大影響。 ? 通過(guò)情況下， Fx和 Fy都小于 Fz，隨著刀具幾何參數(shù)、刀具磨損情況、切削用量的不同， Ff、 Fy相對(duì)于 Fz的比值在很大范圍內(nèi)變化，三者之間的比例大致為： Fx： Fy： Fz =(~)：（ ~）： 1。 圖 141 作用在刀具上的力 圖 142 外圓車削時(shí)的切削合力與分力 ? （ 2）切削功率 ? 切削過(guò)程中消耗的總功率為各分力所消耗功率的總和，稱為切削功率，用 Pc表示。車削中，切深抗力 Fy不消耗功率， Ff遠(yuǎn)小于 Fz， υx遠(yuǎn)小于 υz，故計(jì)算切削功率時(shí)常忽略 Fx所消耗的功率，故有 ? 式中 Fz—— 主切削力； ? υ——切削速度。 ? 由此，可計(jì)算出機(jī)床主電機(jī)所需功率 PE。 ? ? 式中 η——機(jī)床傳動(dòng)效率，一般 η=~。 3. 切削力的測(cè)量與計(jì)算 在研究切削力變化規(guī)律和解決切削加工生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，有時(shí)需要知道在一定切削條件下的切削力數(shù)值，對(duì)此，可有三種解決方法。 儀進(jìn)行測(cè)量。 。 。 （ 1）切削力測(cè)量 為獲得在某特定切削條件下切削力的數(shù)值，可用一種專門用于測(cè)量切削力的裝置 —測(cè)力儀 —進(jìn)行測(cè)量。測(cè)力儀的種類很多，按工作原理的不同，可分為機(jī)械式、電阻式、電感式、壓電式等，目前使用較為普遍的是電阻應(yīng)變式測(cè)力儀。壓電式測(cè)力精度高，但價(jià)格昂貴，應(yīng)用也在不斷增加。下面介紹電阻應(yīng)變式測(cè)力儀的工作原理及其測(cè)力方法。 電阻應(yīng)變式測(cè)力儀由傳感器、電橋電路、應(yīng)變儀和記錄儀組成。傳感器是一個(gè)可將切削力的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的彈性元件，其結(jié)構(gòu)有多種形式，目前使用較多的是八角環(huán)式，其結(jié)構(gòu)形狀如圖 143所示。中部八角環(huán)形部分為彈性元件，分為上環(huán)和下環(huán)，前端有安裝車刀用的方孔，后部的圓孔用于在車床刀架上安裝緊固。 利用這種傳感器可同時(shí)測(cè)量 Fz、 Fy和 Fx，也可單測(cè)某一分力。測(cè)量時(shí)，要在彈性元件部分的適當(dāng)部位粘貼若干片電阻值可隨彈性元件變形而變化的電阻應(yīng)變片（圖 144），并把它們聯(lián)入電橋電路，以便于將電阻值的變化轉(zhuǎn)換成可讀的電信號(hào)（電流或電壓）后輸出。 ? 測(cè)力時(shí)，當(dāng)緊固在傳感器刀孔內(nèi)的車刀受到切削力作用時(shí)，應(yīng)變片中電阻絲的直徑和長(zhǎng)度將隨彈性元件的變形而發(fā)生變化，因而其阻值將發(fā)生微小變化，受拉伸時(shí)阻值增大，受壓縮時(shí)阻值減小，其變化量隨變形量的大小而變化。為便于測(cè)量，通常采用電橋電路將其轉(zhuǎn)化 ? 為電壓（或電流）信號(hào)，再由應(yīng)變儀放大后，由記錄儀輸出。在傳感器元件允許的范圍內(nèi)，輸出電信號(hào)與切削力的大小成正比，通過(guò)標(biāo)定可得到切削力與電信號(hào)之間的關(guān)系曲線（標(biāo)定曲線），進(jìn)行實(shí)際切削時(shí)，通過(guò)測(cè)量得到的電信號(hào)便可在曲線上找到其對(duì)應(yīng)的切削力數(shù)值。 圖 144 電阻應(yīng)變片 圖 143 電阻應(yīng)變片 ? （ 2）車削力經(jīng)驗(yàn)公式及切削分力計(jì)算 ? 1）經(jīng)驗(yàn)公式及建立方法簡(jiǎn)介 切削力經(jīng)驗(yàn)公式是在通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)取得大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理后得到的關(guān)于切削力與可變因素（切削條件）之間的定量關(guān)系式。由于建立這種關(guān)系的依據(jù)是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故稱為經(jīng)驗(yàn)公式。目前，在計(jì)算一定切削條件下的切削力數(shù)值時(shí)，多采用經(jīng)驗(yàn)公式。 ? 建立經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，為便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并保證經(jīng)驗(yàn)公式的可靠性，通常多采用單因素實(shí)驗(yàn)法或正交實(shí)驗(yàn)法，而在處理數(shù)據(jù)時(shí)采用圖解法或線性回歸法。 ? 下面將單因素實(shí)驗(yàn)法建立車削力經(jīng)驗(yàn)公式的主要過(guò)程作一簡(jiǎn)要介紹。 ? 在影響車削力的因素中，影響最大，也最直接的是切削深度 ap和進(jìn)給量 f。其他因素則主要通過(guò)對(duì)切屑變形和摩擦的影響而影響切削力。因此，目前，普遍使用的車削力經(jīng)驗(yàn)公式的基本形式均采用各切削分力與 ap、 f之關(guān)系的形式，對(duì)其他因素的影響，再通過(guò)修正系數(shù)加以考慮。 ? 建立 Fc與 ap、 f之關(guān)系的主要步驟如下： ? 首先建立 Fz與 ap、 f之單元關(guān)系。為此，實(shí)驗(yàn)時(shí)，固定 ap以外的所有其他切削條件，選取若干個(gè) ap進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，用測(cè)力儀量取不同 ap時(shí)的切削力Fz，得到若干組 Fc與 ap的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得到 Fz與 ap之間的單元關(guān)系式。然后，用同樣方法 Fc與 f的單元定量關(guān)系式。最后，將兩單元關(guān)系式加以綜合，便可得到 Fz與 ap、 f之間的多元定量關(guān)系式。 ? 2）車削力經(jīng)驗(yàn)公式及切削分力計(jì)算 車削力經(jīng)驗(yàn)公式有兩種形式，一種是指數(shù)形式，一種是單位切削力形式。指數(shù)形式的車削力經(jīng)驗(yàn)公式如下： 表 17 主切削力經(jīng)驗(yàn)公式中的系數(shù)、指數(shù)值（車外圓） 4. 切削力理論公式 切削熱、切削溫度及切削液 1. 切削熱及切削溫度 2. 切削液 1. 切削熱及切削溫度 （ 1）切削熱及其對(duì)切削過(guò)程的影響 用刀具切削工件而產(chǎn)生的熱稱為切削熱。切削熱也是切削過(guò)程中產(chǎn)生的重要物理現(xiàn)象，對(duì)切削過(guò)程影響有多方面影響。切削熱傳散到工件上，會(huì)引起工件的熱變形，因而降低加工精度，工件表面上的局部高溫則會(huì)惡化已加工表面質(zhì)量。傳散到刀具上的切削熱是引起刀具磨損和破損的重要原因。切削熱還通過(guò)使刀具磨損對(duì)切削加工生產(chǎn)率和成本發(fā)生影響?？傊?，切削熱對(duì)切削加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本都有直接、間接的影響，研究和掌握切削熱產(chǎn)生和變化的一般規(guī)律，把切削熱的不利影響限制在允許的范圍之內(nèi)，對(duì)切削加工生產(chǎn)是有重要意義的。 ? （ 2）切削熱的產(chǎn)生與傳出 ? 1）切削熱的產(chǎn)生