切削用量對切削過程的影響

【摘要】切削用量是表示主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大小的參數(shù)，合理選擇切削用量對提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有至關(guān)重要的作用。在切削過程中出現(xiàn)一系列的物理現(xiàn)象，如：切削力、切削熱、積屑瘤、刀具的磨損等等。研究切削用量與這些物理現(xiàn)象之間的變化規(guī)律，有助于我們合理正確地選擇切削用量。

【關(guān)鍵詞】切削用量；切削過程

切削用量是表示主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大小的參數(shù)，合理選擇切削用量對提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有至關(guān)重要的作用。切削過程是指在刀具的切削刃的切割和前刀面的推擠作用下，使被切削的金屬層產(chǎn)生變形、剪切、滑移而變成切屑的過程。在這一過程中，會(huì)出現(xiàn)一系列的物理現(xiàn)象，如：切削力、切削熱、積屑瘤、刀具的磨損等等。研究切削用量與這些物理現(xiàn)象之間的變化規(guī)律，有助于我們合理正確地選擇切削用量。

一、切削用量對切削力的影響

切削力是工件材料抵抗切削所產(chǎn)生的阻力，切削力來源于變形抗力和摩擦力。切削力是設(shè)計(jì)機(jī)床、夾具和刀具的重要依據(jù)。根據(jù)切削力產(chǎn)生的作用效果的不同，可將切削力分解成三個(gè)相互垂直方向的分力。它們分別是：主切削力Fc，進(jìn)給抗力Ff和切深抗力Fp，其中Fc是切削總力F沿主運(yùn)動(dòng)切向分解而得，是計(jì)算車刀強(qiáng)度，設(shè)計(jì)機(jī)床零件，確定機(jī)床功率的主要依據(jù)；Ff也叫軸向力，它作用在進(jìn)給方向，是設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)主要零部件強(qiáng)度的依據(jù)；Fp也叫徑向力，車外圓時(shí)，切深抗力Fp是使工件在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲的力，而且Fp是產(chǎn)生振動(dòng)的重要因素。

1、進(jìn)給量f對切削力的影響 在一般車削中，當(dāng)進(jìn)給量f不變時(shí)，將背吃刀量aP增大一倍，主切削力也成倍增長；當(dāng)背吃刀量aP不變時(shí)，將進(jìn)給量f增大一倍，主切削力約增大70%～80%.

2、切削速度νc 對切削力的影響 低速和高速切削塑性金屬時(shí)，切削力一般隨著切削速度的提高而減小，這是因?yàn)榍邢魉俣鹊奶岣?，切削溫度也增高，摩擦系?shù)減小，變形也就減小，切削力下降的緣故；而在中速范圍，極易產(chǎn)生積屑瘤而使刀具實(shí)際前角增大，切削力減??；切削脆性金屬時(shí)，因?yàn)樽冃魏湍Σ辆^小，故切削速度的改變對切削力影響不大。所以切削用量三要素對切削力的影響由大到小的順序是：aP>f>νc

二、切削用量對切削溫度的影響

切削熱來源于切削金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形產(chǎn)生的熱量以及刀具前刀面與切屑、工件與刀具后刀面的摩擦產(chǎn)生的熱量。

切削用量三要素增大，切削溫度都會(huì)升高，因?yàn)棣蚦、f 、aP增大時(shí)，變形增大，摩擦加劇，切削功率增大，所以切削溫度升高。

1、背吃刀量aP對切削溫度的影響 當(dāng)背吃刀量aP增大后，主切削刃參加切削的長度也以相同比例增加，顯著改善了散熱條件。當(dāng)背吃刀量aP增大一倍時(shí)，切削溫度僅提高3%。

2、進(jìn)給量f對切削溫度的影響 當(dāng)進(jìn)給量f增大時(shí)，切屑與刀具前刀面接觸長度增加，散熱條件有所改善，因此，進(jìn)給量f提高一倍，切削溫度提高10%。

3、切削速度νc對切削溫度的影響 當(dāng)切削速度νc提高，雖然切削力略有下降，但切屑與刀具前刀面接觸長度減小，散熱條件變差，當(dāng)切削速度νc提高一倍，切削溫度增加20～33%。切削用量三要素對切削溫度的影響由大到小的順序是：νc>f>aP。

三、切削用量對刀具磨損的影響

刀具嚴(yán)重磨損不但影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，而且嚴(yán)重的會(huì)造成重磨困難，增加刀具材料的消耗，縮短刀具的使用壽命。所以，刀具磨損對產(chǎn)品生產(chǎn)效率以及加工成本都有直接影響。

刀具正常的磨損形式有三種：

1、后刀面的磨損 這種磨損的部位主要在后刀面上，一般是在切削脆性金屬或以較低的切削速度和較小的切削厚度（ac<0.1mm）切削塑性金屬時(shí)產(chǎn)生的。

2、前刀面磨損 這種磨損形式主要發(fā)生在前刀面上。一般在較高的切削速度和較大的切削厚度（ac>0.5mm）切削塑性金屬時(shí)，切屑從前刀面流出，由于摩擦、高溫高壓的作用而產(chǎn)生。

3、前、后刀面同時(shí)磨損 這種磨損形式是指切削后，刀具上出現(xiàn)前刀面和后刀面的磨損，這是采用中等切削速度和中等進(jìn)給量切削塑性金屬時(shí)，較常出現(xiàn)的磨損。刀具的磨損是由機(jī)械摩擦和熱效應(yīng)兩方面造成的，因此，影響刀具磨損的因素基本與影響切削溫度的因素相同。

四、切削用量對斷屑的影響

車削塑性金屬時(shí)，被切削金屬層產(chǎn)生變形、剪切、滑移變成切屑，切屑在流動(dòng)和卷曲的過程中碰到障礙物，再經(jīng)受附加變形，若附加變形的強(qiáng)度足以使切屑斷裂時(shí)，切屑會(huì)折斷。在車削時(shí)，一般根據(jù)加工要求來可靠地控制切屑的流向、卷曲和折斷。處理不當(dāng)就會(huì)影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行，經(jīng)常停車去消除切屑會(huì)增加加工輔助時(shí)間，使切屑拉毛工件表面，嚴(yán)重的還會(huì)影響到操作者的安全。那切削三要素對斷屑的影響又如何呢？生產(chǎn)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)證明，切削用量對斷屑的影響最大的是進(jìn)給量f，其次是背吃刀量aP，最后是切削速度νc。

1、進(jìn)給量f 進(jìn)給量加大，切削厚度ac的比例增大，使切屑卷曲半徑rch減小，彎曲應(yīng)力σ增大，切屑易斷屑。

2、背吃刀量aP 背吃刀量aP的改變會(huì)影響切屑流出的方向。切屑流出方向與主剖面形成一個(gè)出屑角η，出屑角η的大小對切屑的彎曲和折斷、切屑形狀有很大的影響。背吃刀量aP小，使過渡刃和副切削刃參加切削的比例增大，出屑角η增大，η較大易產(chǎn)生管狀螺旋屑和帶狀切屑。η適中時(shí)，切屑會(huì)碰到刀具后刀面而折斷。

3、切削速度νc 切削速度νc提高后，切削溫度升高，在一般情況下，切屑塑性增大，變形減小，切屑不易折斷。

因此，如果出現(xiàn)不斷屑的情況，在切削用量方面可以首先考慮增大進(jìn)給量f來斷屑。

五、切削用量對積屑瘤的影響

用中等切削速度切削塑性金屬，有時(shí)在車刀的前刀面上近切削刃處牢牢粘著一塊小金屬，這就是積屑瘤。在切削過程中，由于金屬的變形和摩擦，使切屑和刀具前刀面產(chǎn)生很大的壓力和很高的溫度，當(dāng)溫度和壓力條件適當(dāng)時(shí)，切屑和前刀面之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力，當(dāng)摩擦力大于切屑內(nèi)部的結(jié)合力，切屑底層的一部分金屬就“冷焊”在前刀面近切削刃處，形成積屑瘤。

積屑瘤有益有弊，在精車時(shí)，積屑瘤的存在就是有害的，因?yàn)樗鼤?huì)嚴(yán)重影響工件表面質(zhì)量和尺寸精度。

影響積屑瘤的因素很多，如工件材料、切削速度、刀具前角、刀具前刀面的表面粗糙度和切削液等等，其中，切削速度的影響最大。

當(dāng)切削速度較低，νc<5m/min時(shí)，切屑流動(dòng)較慢，切削溫度較低，切屑與前刀面接觸不緊密，摩擦系數(shù)低，不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。

當(dāng)切削速度νc>70m/min時(shí)，切削溫度很高，切屑底層金屬變軟，摩擦系數(shù)明顯下降，也不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。

當(dāng)切削速度νc≈15～30m/min時(shí)，切削溫度約為300℃左右，切屑底層金屬塑性增加，切屑與前刀面接觸面增大，摩擦系數(shù)最大，最易產(chǎn)生積屑瘤。

由此可見，在精加工時(shí)，為避免產(chǎn)生積屑瘤，應(yīng)用高速鋼刀具低速車削（νc<5m/min），或用硬質(zhì)合金刀具高速切削（νc >70m/min）。

綜上所訴，切削用量對切削過程中一系列的物理現(xiàn)象都有重要影響，因此，掌握這些規(guī)律對合理選擇切削用量有積極意義。

參考文獻(xiàn)

[1]車工工藝學(xué)[M]96版

作者簡介

鄧文超（1971-），女，江西崇仁人，大連市工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)校高級(jí)講師，主要從事機(jī)械制造和機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)與研究。