從螺桿泵桿越程槽表面粗糙度的降低論積屑瘤對(duì)加工精度的影響

一、前言

    在常切削過(guò)程中，用中等或低的切削速度切削鋼、鋁或其他塑性金屬時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)一小塊金屬牢固地粘附住所用刀具的前刀面上，這一小塊金屬就是積屑瘤，如圖1所示。積屑瘤是被切金屬在切削區(qū)的高壓和大摩擦力作用下與刀具刃口附近的前刀面上粘結(jié)形成的。這塊金屬受到加工硬化的影響，其硬度可比基體高2～3倍，因此可以代替刀刃切削。積屑瘤在切削過(guò)程中是不穩(wěn)定的。它開(kāi)始生長(zhǎng)到達(dá)一定高度以后，發(fā)生脆裂，被工件和積屑帶走而消失，以后又開(kāi)始生長(zhǎng)，從小到大，又破碎消失，周而復(fù)始地循環(huán)。由于它時(shí)現(xiàn)時(shí)失、時(shí)大時(shí)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。還由于它的生長(zhǎng)與消失，改變著刀具前角，影響著刀具在切削過(guò)程中的擠壓、摩擦和切削能力，造成工件表面硬度不均勻，還會(huì)引起切削過(guò)程振動(dòng)，加快刀具磨損、因此，在精加工時(shí)應(yīng)采取措施，避免產(chǎn)生積屑瘤。但是，當(dāng)?shù)毒哂胸?fù)例棱時(shí)，在切削過(guò)趁耕種積屑瘤比較穩(wěn)定，可以代替刀刃切削。由于它長(zhǎng)大以后使刀具工作前角增大，使切削力降低。所以，在粗加工時(shí)，允許具有積屑瘤。

 

    二、影響積屑瘤的主要因素

    由于積屑瘤是在很大的壓力、強(qiáng)烈摩擦和劇烈的金屬變形的條件下產(chǎn)生的。因而，切削條件也必然通過(guò)這些作用而影響積屑瘤的產(chǎn)生、長(zhǎng)大與消失。

    1、工件材料。當(dāng)工件材料的硬度低、塑性大時(shí)，切削過(guò)程中的金屬變形大，切屑與前刀面間的摩擦系數(shù)(大于1)和接觸區(qū)長(zhǎng)度比較大。在這種條件下，易產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)工件塑性小、硬度較高時(shí)，積屑瘤產(chǎn)生的可能性和積屑瘤的高度也減小，如淬火鋼。切削脆性材料是產(chǎn)生積屑瘤的可能更小。

    2、刀具前角。刀具前角增大，可以減小切屑的變形、切屑與前刀面的摩擦、切削力和切削熱，可以抑制積屑瘤的產(chǎn)生或減小積屑瘤的高度。據(jù)有關(guān)資料介紹，刀具前角γ0≥40時(shí)，積屑瘤產(chǎn)生的可能就小。

    3、切削速度。切削速度主要是通過(guò)切削溫度和摩擦系數(shù)來(lái)影響積屑瘤的。當(dāng)?shù)毒邲](méi)有負(fù)倒棱時(shí)，在極低的切削速度條件下，不產(chǎn)生積屑瘤。以中碳鋼為例，切削速度Vc<2m/min時(shí)，不產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)Vc>2m/min～30m/min時(shí)，積屑瘤從生產(chǎn)到生長(zhǎng)到最大。也即是說(shuō)，切削溫度為300℃左右時(shí)，切屑與刀具間的摩擦系數(shù)最大，積屑瘤達(dá)到最高高度。隨著切削速度相應(yīng)的切削溫度提高，積屑瘤的高度逐漸減小。高速切削時(shí)(Vc>120m/min)，由于切削溫度很高(800℃以上)，切屑底層的滑移抗力和摩擦系數(shù)顯著降低，積屑瘤也將消滅。所以我們?nèi)粘＞庸r(shí)，為了達(dá)到較低的已加工表面粗糙度的辦法是采用在刀具耐熱性允許范圍內(nèi)的高速切削，或采用低速(Vc<5m/min)切削，以防止積屑瘤的產(chǎn)生，提高已加工表面的質(zhì)量。

    4、切削厚度。切塑性材料時(shí)，切削力、切屑與前刀面接觸區(qū)長(zhǎng)度都將隨切削厚度的增加而增大，將增加生成積屑瘤的可能性。所以，在精加工時(shí)除選取較大的刀具前角，在避免積屑瘤的產(chǎn)生切削速度范圍內(nèi)切削外，應(yīng)采用減小進(jìn)給量或刀具主偏角來(lái)減小切削厚度。

    三、積屑瘤的防止措施

    積屑瘤在它相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，增大了實(shí)際工作前角，還可降低切削力和熱，對(duì)粗加工有利?？稍诰庸r(shí)，由于積屑瘤在切削過(guò)程中，生長(zhǎng)、長(zhǎng)大、消失，不斷改善刀尖和刃口的形狀，破壞了已加工表面的質(zhì)量，使粗糙度增大，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格。為了保證加工精度和工件表面質(zhì)量，在精加工時(shí)，必須采用以下措施控制積屑瘤的產(chǎn)生。

    1、降低或提高切削速度。這樣就可以使切削溫度低于或高于積屑瘤產(chǎn)生的相對(duì)溫度區(qū)域，控制它的產(chǎn)生。由實(shí)驗(yàn)可知，切削一般鋼材時(shí)，切削速度Vc>120m/min或Vc<5m/min已加工表面粗糙度低，說(shuō)明刀具上積屑瘤很小或沒(méi)有。

    2、采用潤(rùn)滑性能好的切削液。住切削易產(chǎn)生積屑瘤的工件材料時(shí)，采用潤(rùn)滑性能好的極壓切削油或植物油，可使切屑和刀具間形成潤(rùn)滑膜的吸附膜。大大減少它們間的摩擦，在刀具上也不易產(chǎn)生積屑瘤。

    3、增大刀具前角。積屑瘤是在比較高的壓力和適宜的溫度下產(chǎn)生的。當(dāng)前角增大后，就可以減小切屑與刀具前刀面接觸區(qū)的壓力，使切削力減小，切削溫度降低，積屑瘤生成的可能就會(huì)減小。

    4、適當(dāng)提高工件材料的硬度?？刹捎脽崽幚砉に?，對(duì)鋼材材料正火、調(diào)質(zhì)等方法，提高材料的硬度。因?yàn)椴牧宪?、塑性大，就容易產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)工件材料的硬度達(dá)到HRC50以上時(shí)，不論什么切削速度下切削，均不會(huì)有積屑瘤的產(chǎn)生。

    5、降低前刀面的表面粗糙度。這樣可以減小切屑與前刀面的摩擦，使切屑不易生成。

    四、螺桿泵泵桿越程槽車削時(shí)粗糙度達(dá)不到要求的解決措施與效果

    某廠生產(chǎn)螺桿泵及螺桿的材科為35號(hào)鋼和45號(hào)鋼，經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)硬度為HB260～300。螺桿上兩端軸頸外圓與端面處的越程槽如圖2所示，槽面的粗糙度要求為3.2μm。原來(lái)在數(shù)控車加工時(shí)，采用型號(hào)為SVJBR2525-M16刀桿，VBMTl6040型的涂層刀片(牌號(hào)NC3020)，切削速度為Vc=80～106m/min，進(jìn)給量為f=0.2mm/r，車削后的表面粗糙度只能達(dá)到Ra12.5μm，造成加工不合格，成了生產(chǎn)中的一大難題。我們分析其原因，確定在這一切削速度下產(chǎn)生積屑瘤所致。根據(jù)積屑瘤產(chǎn)生的原因和防止措施，把切削速度提高到200m/min以上，以控制切削溫度來(lái)清除積屑瘤。因?yàn)樵匠滩酆苷?，又是硬質(zhì)涂層刀片，切削時(shí)間極短(約1秒鐘)，切削熱還沒(méi)有傳導(dǎo)到刀片上就加工完了。又把進(jìn)給量從0.2mm/r降低到0.1mm/r，又減小切削厚度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)利止式加工，此越程槽的粗糙度穩(wěn)定降低為Ra1.6μm，使此處加工問(wèn)題得到解決。

    五、結(jié)論

    1、精加工時(shí)，要避免積屑瘤的發(fā)生，必須在積屑瘤產(chǎn)生的切削速度范圍以外進(jìn)行切削。

    2、防止積屑瘤產(chǎn)生的措恤，要根據(jù)切削條件的具體情況予以采用。

    3、積屑瘤在這一過(guò)程的現(xiàn)象看來(lái)很小，這一問(wèn)題往往被忽視，成為精加工時(shí)的一大技術(shù)問(wèn)題。只有重視它，采取相應(yīng)措施控制它的產(chǎn)生，以達(dá)到所加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求。