切削加工如何消除鳞刺?鳞刺是什么

切削加工如何消除鳞刺?鳞刺是什么
切削加工如何消除鳞刺?鳞刺是什么

切削加工如何消除鳞刺?鳞刺是什么
1 鳞剌现象
金属材料在切削过程中,往往在零件表面上出现不同程度的鳞刺现象,而且因材料不同、切削用量不同、刀具刃几何角度不同,表现出来的鳞刺高低程度也不同.有资料表明,在较低的切削速度下,用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具,切削一些常用的塑性金属材料时,在车、刨、插、钻、拉、滚齿、车螺纹、铰螺纹、板牙等加工工序中,都可能出现鳞刺.鳞刺对零件表面质量有严重影响,使零件表面层产生残余应力,进而使零件表面容易产生微裂纹,降低零件的疲劳强度.对于装配零件,装配后,实际接触表面减小、接触刚度降低,影响机器的工作精度.由此可知,鳞刺是切削加工中获得较好的表面质量的一大障碍.
2 鳞刺的形成过程及原因
鳞刺形成的开始是抹拭阶段,这时前一鳞刺已经形成,新鳞刺还未出现,切屑沿着前刀面流出,切屑以刚切离的新鲜表面抹拭刀的前面,将前刀面上起润滑作用的吸附膜逐渐拭净,切屑和前刀面的摩擦系数逐渐加大,切屑底层金属流速降低,金属纤维被拉长,出现“滞流”现象,当接触面间切削刃处的压力、温度增加到一定程度时,切屑底层中的切应力超过材料的剪切强度,滞流层金属流速为零,此时切屑和刀具就发生冷焊现象如图1(a)所示,切屑停留在前刀面上,暂时不沿前刀面流出,且代替前刀面挤压待切削层,这时切削刃的前下方切屑与加工表面之间出现一裂口,如图1(b)所示,由于切削运动的连续性,切屑一旦滞留在前刀面上,便代替刀具继续挤压切削层,使切削层中受到挤压的金属转化为切屑,而这部分新成为切屑的金属,将逐层地积聚在起挤压作用的那部分切屑的下方,这些金属一旦积聚并转化为切屑,便立即参加挤压切削层的作用,如图1(c)所示.随着层积过程的发展,切削厚度将逐渐增大,切削力随之增大,切削抗力也随之增大,切屑沿前面流出时的水平推力也增大.
图1 鳞刺形成过程各阶段示意图
当层积金属达到一定厚度后,水平分力也随之增大到能够推动切屑重新流出的程度,于是切屑又重新开始沿前刀面流出,同时切削刃便刮出鳞刺的顶部,一个鳞刺的形成过程使告结束,紧接着又开始另一个新鳞刺的形成过程,如图1(d)所示.
从前面的鳞刺形成的过程看,金属材料尤其是塑性金属材料在切削加工过程中,导致鳞刺形成的原因是前刀面与切屑摩擦形成粘结层并逐渐堆积,切屑在刀具的前刀面上周期性地停滞,代替刀具的前刀面挤压切削层,加剧了金属的塑性变形.切削层金属的积聚,使切削层增大并向切削线以下延伸,导致切削刃前方的加工面上产生导裂,当切削力超过粘结力时,切屑流出并被切离而导裂层残留在已加工表面上形成鳞刺.需要说明的是积屑瘤对鳞刺也有影响：金属在切削加工过程中,常常有一些从切屑或工件上带来的金属层积并冷焊在前刀面上,形成硬度很高的金属块,它能代替刀面和刀刃进行切削,这一小硬块就是积屑瘤.由于积屑瘤使用其圆钝的前端挤压切削层,使切削层中的金属大部分成为切屑流出,而很小一部分周期地冷焊和层积在积屑瘤的前端,层积到一定高度后,便被积屑瘤刮顶而成为鳞刺.从另一个方面讲,积削瘤的存在,导致刀具的切削角度变化,由切削瘤代替切削刃切削,刀具的锋利程度下降,刀具变钝,更容易造成切削层在刀具的前刀面上层积,增大切削抗力,致使切削表面撕裂,形成鳞刺(如图2),积屑瘤周期地形成鳞刺并使积削瘤前端周期地破碎(为此,积屑瘤加剧鳞刺的形成,使加工表面质量严重下降.
图2 积屑瘤对鳞刺的影响示意图
3 切削因素的影响及抑制措施
影响鳞刺的主要因素有：切削速度、切削深度、刀具的前角、工件的材质和切削液.
切削速度
切削速度主要是通过切削温度来影响鳞刺,温度在一定范围时,刀和屑间的摩擦系数最大,容易产生切削层的层积,切削速度是影响切削温度的主要因素,在某一适中切削速度范围内容易形成鳞刺.通过实践发现,切削速度低时,开始出现鳞刺但高度较小,鳞刺的高度随着切削速度的提高而增大,达到一定速度时便减小,最后消失.
切削厚度
如果在同一切削速度下,切削厚度增大时,切削温度和力及与切屑接触长度随之增大,因此,鳞刺形成及高度随着切削厚度增大而增大.
刀具的前角
刀具的前角增大时,前刀面上的法向力减小,切削温度降低,切屑变形减小,当切削速度低时,鳞刺的高度随前角增大而下降,但切削速度高时,随着切削温度的升高,鳞刺的高度却随着前角增大而增大.
材质
在实践中发现,在较低的切削速度下,经过调质处理的工件,切削后鳞刺较大；正火处理的工件较小.但在较高的切削速度下,情况完全不一样,经调质处理的工件产生鳞刺高度较小,正火退火处理的工件较高.
切削液及其他
切削液的使用,可以有效控制切削温度,减少摩擦,采用润滑冷却性能很好的切削液可以防止和抑制鳞刺产生和生长.选用与工件材料化学亲和性差的刀具材料,也可以抑制鳞刺产生.