从螺杆泵杆越程槽表面粗糙度的降低 论积屑瘤对加工精度的影响

摘要：在精切削加工时，为什么采用极低或高速切削时工件表面粗糙度低？为什么采用润滑性能好的切削液、刀具前角大、进给量和刀具主偏角小工件表面粗糙度低？为什么工件材料硬度高、脆性大的材料，在切削时粗糙度低？等等。怎么保证加工质量，值得深思。本文论述了在切削塑性材料过程中一种常见的物理、力学作用下，积屑瘤的生长条件，消失、防止措施，及对精加工表面粗糙度产生的影响。     关键词：切削瘤  防止措施     一、前言     在常切削过程中，用中等或低的切削速度切削钢、铝或其他塑性金属时，会发现一小块金属牢固地粘附住所用刀具的前刀面上，这一小块金属就是积屑瘤，如图1所示。积屑瘤是被切金属在切削区的高压和大摩擦力作用下与刀具刃口附近的前刀面上粘结形成的。这块金属受到加工硬化的影响，其硬度可比基体高2～3倍，因此可以代替刀刃切削。积屑瘤在切削过程中是不稳定的。它开始生长到达一定高度以后，发生脆裂，被工件和积屑带走而消失，以后又开始生长，从小到大，又破碎消失，周而复始地循环。由于它时现时失、时大时小，使工件表面呈高低不平，使粗糙度增大和工件尺寸精度降低。还由于它的生长与消失，改变着刀具前角，影响着刀具在切削过程中的挤压、摩擦和切削能力，造成工件表面硬度不均匀，还会引起切削过程振动，加快刀具磨损、因此，在精加工时应采取措施，避免产生积屑瘤。但是，当刀具有负例棱时，在切削过趁耕种积屑瘤比较稳定，可以代替刀刃切削。由于它长大以后使刀具工作前角增大，使切削力降低。所以，在粗加工时，允许具有积屑瘤。

 

 

    二、影响积屑瘤的主要因素

 

    由于积屑瘤是在很大的压力、强烈摩擦和剧烈的金属变形的条件下产生的。因而，切削条件也必然通过这些作用而影响积屑瘤的产生、长大与消失。

    1、工件材料。当工件材料的硬度低、塑性大时，切削过程中的金属变形大，切屑与前刀面间的摩擦系数（大于1）和接触区长度比较大。在这种条件下，易产生积屑瘤。当工件塑性小、硬度较高时，积屑瘤产生的可能性和积屑瘤的高度也减小，如淬火钢。切削脆性材料是产生积屑瘤的可能更小。 不锈钢焊条     2、刀具前角。刀具前角增大，可以减小切屑的变形、切屑与前刀面的摩擦、切削力和切削热，可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。据有关资料介绍，刀具前角γ0≥40时，积屑瘤产生的可能就小。     3、切削速度。切削速度主要是通过切削温度和摩擦系数来影响积屑瘤的。当刀具没有负倒棱时，在极低的切削速度条件下，不产生积屑瘤。以中碳钢为例，切削速度Vc<2m/min时，不产生积屑瘤。当Vc>2m/min～30m/min时，积屑瘤从生产到生长到最大。也即是说，切削温度为300℃左右时，切屑与刀具间的摩擦系数最大，积屑瘤达到最高高度。随着切削速度相应的切削温度提高，积屑瘤的高度逐渐减小。高速切削时（Vc>120m/min），由于切削温度很高（800℃以上），切屑底层的滑移抗力和摩擦系数显著降低，积屑瘤也将消灭。所以我们日常精加工时，为了达到较低的已加工表面粗糙度的办法是采用在刀具耐热性允许范围内的高速切削，或采用低速（Vc<5m/min）切削，以防止积屑瘤的产生，提高已加工表面的质量。

    4、切削厚度。切塑性材料时，切削力、切屑与前刀面接触区长度都将随切削厚度的增加而增大，将增加生成积屑瘤的可能性。所以，在精加工时除选取较大的刀具前角，在避免积屑瘤的产生切削速度范围内切削外，应采用减小进给量或刀具主偏角来减小切削厚度。#p#分页标题#e#

    三、积屑瘤的防止措施

    积屑瘤在它相对稳定时，增大了实际工作前角，还可降低切削力和热，对粗加工有利。可在精加工时，由于积屑瘤在切削过程中，生长、长大、消失，不断改善刀尖和刃口的形状，破坏了已加工表面的质量，使粗糙度增大，造成产品质量不合格。为了保证加工精度和工件表面质量，在精加工时，必须采用以下措施控制积屑瘤的产生。

    1、降低或提高切削速度。这样就可以使切削温度低于或高于积屑瘤产生的相对温度区域，控制它的产生。由实验可知，切削一般钢材时，切削速度Vc>120m/min或Vc<5m/min已加工表面粗糙度低，说明刀具上积屑瘤很小或没有。

    2、采用润滑性能好的切削液。住切削易产生积屑瘤的工件材料时，采用润滑性能好的极压切削油或植物油，可使切屑和刀具间形成润滑膜的吸附膜。大大减少它们间的摩擦，在刀具上也不易产生积屑瘤。

    3、增大刀具前角。积屑瘤是在比较高的压力和适宜的温度下产生的。当前角增大后，就可以减小切屑与刀具前刀面接触区的压力，使切削力减小，切削温度降低，积屑瘤生成的可能就会减小。

    4、适当提高工件材料的硬度。可采用热处理工艺，对钢材材料正火、调质等方法，提高材料的硬度。因为材料软、塑性大，就容易产生积屑瘤。当工件材料的硬度达到HRC50以上时，不论什么切削速度下切削，均不会有积屑瘤的产生。

    5、降低前刀面的表面粗糙度。这样可以减小切屑与前刀面的摩擦，使切屑不易生成。

    四、螺杆泵泵杆越程槽车削时粗糙度达不到要求的解决措施与效果

    我厂生产螺杆泵及螺杆的材科为35号钢和45号钢，经热处理调质硬度为HB260～300。螺杆上两端轴颈外圆与端面处的越程槽如图2所示，槽面的粗糙度要求为3.2μm。原来在数控车加工时，采用型号为SVJBR2525-M16刀杆，VBMTl6040型的涂层刀片（牌号NC3020），切削速度为Vc=80～106m/min，进给量为f=0.2mm/r，车削后的表面粗糙度只能达到Ra12.5μm，造成加工不合格，成了生产中的一大难题。我们分析其原因，确定在这一切削速度下产生积屑瘤所致。根据积屑瘤产生的原因和防止措施，把切削速度提高到200m/min以上，以控制切削温度来清除积屑瘤。因为越程槽很窄，又是硬质涂层刀片，切削时间极短（约1秒钟），切削热还没有传导到刀片上就加工完了。又把进给量从0.2mm/r降低到0.1mm/r，又减小切削厚度。通过实验利止式加工，此越程槽的粗糙度稳定降低为Ra1.6μm，使此处加工问题得到解决。

    五、结论

    1、精加工时，要避免积屑瘤的发生，必须在积屑瘤产生的切削速度范围以外进行切削。

    2、防止积屑瘤产生的措恤，要根据切削条件的具体情况予以采用。

    3、积屑瘤在这一过程的现象看来很小，这一问题往往被忽视，成为精加工时的一大技术问题。只有重视它，采取相应措施控制它的产生，以达到所加工产品的质量要求。