积屑瘤的硬度较基体材料高一倍以上,实际上可代替刀刃切削。积屑瘤的底部较稳定,顶部同工件和切屑没有明显的分界线,容易破碎和脱落,一部分随切屑带走,一部分残留在加工表面上,从而使工件变得粗糙。所以在精加工时一定要设法避免或抑制积屑瘤的形成。积屑瘤的产生、成长和脱落是一个周期性的动态过程,它使刀具的实际前角和切削深度也随之发生变化,引起切削力波动,影响加工稳定性。
金属切削原理
切削原理积屑瘤
在用低、中速连续切削一般钢材或其他塑性材料时,切屑同刀具前面之间存在着摩擦,如果切屑上紧靠刀具前面的薄层在较高压强和温度的作用下,同切屑基体分离而粘结在刀具前面上,再经层层重叠粘结,在刀尖附近往往会堆积成一块经过剧烈变形的楔状切屑材料,叫做积屑瘤。积屑瘤的硬度较基体材料高一倍以上,实际上可代替刀刃切削。积屑瘤的底部较稳定,顶部同工件和切屑没有明显的分界线,容易破碎和脱落,一部分随切屑带走,一部分残留在加工表面上,从而使工件变得粗糙。所以在精加工时一定要设法避免或抑制积屑瘤的形成。积屑瘤的产生、成长和脱落是一个周期性的动态过程(据测定,它的脱落频率为30~170次/秒),它使刀具的实际前角和切削深度也随之发生变化,引起切削力波动,影响加工稳定性。在一般情况下,当切削速度很低或很高时,因没有产生积屑瘤的必要条件(较大的切屑与刀具前面间的摩擦力和一定的温度),不产生积屑瘤。
切削力
切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力,这些力组成合力F,在外圆车削时,一般将这个切削合力F分解成三个互相垂直的分力:切向力Fv──它在切削速度方向上垂直于刀具基面,常称主切削力;径向力Fp──在平行于基面的平面内,与进给方向垂直,又称推力;轴向力Ff──在平行于基面的平面内,与进给方向平行,又称进给力。一般情况下,Fv最大,Fp和Ff较小,由于刀具的几何参数、刃磨质量和磨损情况的不同和切削条件的改变,Fp、Ff对Fv的比值在很大的范围内变化。 切削过程中实际切削力的大小,可以利用测力仪测出。测力仪的种类很多,较常用的是电阻丝式和压电晶体式测力仪。测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小。
切削热
切削金属时,由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热,这种热叫切削热。使用切削液时,刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走;不用切削液时,切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出,其中切屑带走的热量最大,传向刀具的热量虽小,但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况,所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。
切削温度
切削过程中切削区各处的温度是不同的,形成一个温度场(图4), 这个温度场影响切屑变形、积屑瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀具的磨损等,还影响切削速度的提高。一般说来,切削区的金属经过剪切变形以后成为切屑,随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦,所以温度场中温度分布的最高点不是在正压力最大的刃口处,而是在前面上距刃口一段距离的地方。切削区的温度分布情况,须用人工热电偶研究金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律的一门学科。在设计机床和刀具、制订机器零件的切削工艺及其定额、合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时,都要利用金属切削原理的研究成果,使机器零件的加工达到经济、优质和高效率的目的。
刀具磨损
刀具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的综合结果。刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带、缺口和崩刃等,前面上常出现的月牙洼状的磨损,副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等当这些磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效,不能继续使用。刀具逐渐磨损的因素,通常有磨料磨损、粘着磨损、扩散磨损、氧化磨损、热裂磨损和塑性变形等。在不同的切削条件下,尤其是在不同切削速度的条件下,刀具受上述一种或几种磨损机理的作用。例如,在较低切削速度下,刀具一般都因磨料磨损或粘着磨损而破损;在较高速度下,容易产生扩散磨损、氧化磨损和塑性变形。
切削力,切削温度,刀具磨损和刀具寿命之间有什么关系
由于切削过程中存在切削变形(详情查看金属切削原理中对三个变形区的描述),而产生了切削力,切削力做功(Q=FV)消耗的大部分转华为切削热,切削热根据切削区域散热状况(主要是热传导率和比热容两个参数)决定了切削温度的高低,如切削不锈钢、高温合金等切削温度就会高很多,切削灰铸铁温度就会低一些.而影响刀具磨损速度最关键的因素就是切削温度,切削温度越高,磨损速度越快,每一种刀具材料都有自己适应的切削温度范围,例如常规涂层硬质合金刀具能承受最高温度在800到900的样子,CBN可以承受到1300的样子.如果切削热量大,刀具的磨损速度必然会加快.当然磨损是很复杂的,牵涉的因素很多.
影响刀具寿命的因素有机械作用引起的磨损——刀具和加工工件发生相对运动产生的摩擦。由于元素扩散引起的磨损——在高速切削时,碳元素会从含碳量高的材料向含碳量低的材料扩散。强烈冲击作用引起的磨损——在断续切削时,由于强烈的冲击作用或在频繁的加热与急剧的冷却而产生的脆性破坏。切削区存在的热电流引起的磨损——在切削热的作用下,刀具与切屑、刀具与工件接触区产生很高的温度,由于刀具与工件的材料的不同,便构成热电偶而产生热电动势,从而产生热电流。在热电流的作用下,碳的离子发生迁移,会导致刀具材料组织变弱,使刀具的磨损加剧。以及切削用量三要素中的切削速度、进给量、切削深度。其中切削速度影响最大。