鋁合金車削過(guò)程中積屑瘤的產(chǎn)生

　　鋁合金材料種類繁多，不同的鋁合金材料產(chǎn)生積屑瘤的切削條件也有所不同，為了合理地選擇鋁合金材料及其切削條件，以便經(jīng)濟(jì)有效地完成金屬切削加工，必須了解常用鋁合金材料積屑瘤產(chǎn)生的條件及其過(guò)程。

　　一、積屑瘤與切削溫度之間的關(guān)系

　　由于切削直徑以每切削一次減少2×2.5mm=5mm的等比例變細(xì)，而轉(zhuǎn)速為一定，所以切削速度遞減。同時(shí)雖然背吃刀量為2.5mm，但由于切削直徑遞減，所以切削面積遞減，再加上每次的切削加工長(zhǎng)度也隨之有所減小，所以切削體積、切削時(shí)間也逐漸減少。因此刀具的磨損、發(fā)熱及切削熱都將有所不同。這些都將不同程度地對(duì)積屑瘤的大小及形成有所影響。

　　圖1所示為積屑瘤大小與切削溫度之間的關(guān)系，顯示了LY12、7009A和6061三種鋁合金材料的積屑瘤大小與切削溫度之間的關(guān)系。這里的積屑瘤大小為前刀面上的積屑瘤高度。可見，圖線雖然有些波動(dòng)，但除7009A的關(guān)系曲線有下降外，積屑瘤大小隨著切削溫度的升高有所增大。6061整體上大于LY12，黏刀相對(duì)嚴(yán)重，易于形成積屑瘤。而7009A，積屑瘤之所以隨著溫度增加呈減小趨勢(shì)，是由于其延伸率較大，在切削過(guò)程中切屑斷屑困難，直徑Ø30時(shí)切屑纏繞過(guò)于嚴(yán)重致使積屑瘤有所脫落所致。

圖1 積屑瘤大小與切削溫度之間的關(guān)系

　　二、積屑瘤與切削速度、加工體積的關(guān)系

　　圖2、圖3所示分別為積屑瘤大小與切削速度和切削體積的關(guān)系。雖然三種材料的情況各有不同，但在總體上，每種材料積屑瘤的大小均隨著切削速度和體積的增加而增加，然后再隨著切削速度和體積的增加而減小，中間部分值較高。這種現(xiàn)象與上述切削區(qū)溫度即切削熱有關(guān)，當(dāng)切削速度高時(shí)，由于排屑良好，切屑帶走大量切削熱;切削速度低時(shí)，發(fā)熱量相對(duì)較少，故積屑瘤偏小。積屑瘤大小與切削體積的關(guān)系也呈現(xiàn)類似情況，原因相同，這是因?yàn)樵诒厩邢髟囼?yàn)中，切削體積大時(shí)切削直徑也大，切削速度也高，反之則低。

圖2 積屑瘤大小與切削速度之間的關(guān)系 圖3 積屑瘤大小與切削體積之間的關(guān)系

　　鋁合金6061的積屑瘤大小高于LY12，在很大范圍內(nèi)積屑瘤都顯示比較大的數(shù)值。這是由于6061極富黏性的緣故。黏性大，切削加工摩擦大，所以在加工過(guò)程中切削溫度一直很高，并且難以降低，因此積屑瘤大。

　　7009A的情況特殊，積屑瘤大，但有脫落現(xiàn)象。這是由于切屑纏繞嚴(yán)重所致。

　　另外，采用7009A進(jìn)行轉(zhuǎn)速為560r/min條件下的較高速切削試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在此情況下，積屑瘤不易產(chǎn)生。這是因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速高到一定程度以上時(shí)，即使切削直徑變小，切削速度仍保持較高的數(shù)值，排屑保持良好，切削區(qū)溫度不易升高，切屑的黏結(jié)得到緩和的緣故。

　　由上述分析得到結(jié)論：在轉(zhuǎn)速一定、背吃刀量一定的情況下，影響積屑瘤大小的基本原因與工件的直徑、加工體積有關(guān)，與切削線速度有關(guān)，更主要的是與切削溫度有關(guān)，隨著切削溫度的增加，積屑瘤大小增加，而隨著切削速度增加積屑瘤則由小變大再由大變小，即當(dāng)增加到峰值后又隨著切削速度的增加而降低。其峰值所對(duì)應(yīng)的切削速度隨材料的不同而不同。即當(dāng)切削速度高于一定值時(shí)，積屑瘤將不易產(chǎn)生，這是由于當(dāng)切削速度較高時(shí)切削熱大部分都被切屑帶走，同時(shí)由于速度加快，刀具前刀面與切屑底部滯留層之間的摩擦力比較小的緣故。而在低速時(shí)，由于背吃刀量一定且不大，單位時(shí)間內(nèi)的金屬切削體積少，所以發(fā)熱量也少，因此，積屑瘤產(chǎn)生也相對(duì)小。雖然幾種材料材質(zhì)有所不同，毛坯直徑也略有不同，但從它們的規(guī)律來(lái)看，還是比較一致的。

　　三、加工過(guò)程中的積屑瘤

　　圖4、圖5所示是以上各種材料在不同切削直徑時(shí)相對(duì)應(yīng)的積屑瘤圖，其中包括各個(gè)加工階段的積屑瘤狀況以及各加工階段的切屑狀況。圖5a、圖5b分別為鋁合金LY12在加工直徑為Ø40和Ø15時(shí)的積屑瘤狀況圖。

a)LY12-Ø40時(shí)的積屑瘤             b)LY12-Ø15時(shí)的積屑瘤        c)LY12-Ø15切屑

圖4 LY12積屑瘤圖

　　從圖4可見，工件直徑較小時(shí)，積屑瘤則比較明顯。根據(jù)上述解釋，積屑瘤大小有所不同是由于切削體積和切削溫度的不同所致，當(dāng)加工試驗(yàn)件直徑大時(shí)，則切削速度高，排屑相對(duì)較好，積屑瘤形成相對(duì)緩慢，反之直徑較小，切削速度較小，排屑較差，切削區(qū)溫度較高，積屑瘤較易形成。

a)7009A-Ø50時(shí)的積屑瘤     c)7079A-Ø15切屑　 b)7009A-Ø15時(shí)的積屑瘤

圖5 7009A積屑瘤圖

　　從圖5可以明顯看出，工件直徑小時(shí)，積屑瘤明顯較大。事實(shí)上，隨著直徑的變小，切屑由扁平變成卷曲，切屑始終斷屑困難，導(dǎo)致切削區(qū)溫度上升，易于形成積屑瘤，該結(jié)果與其延伸率有關(guān)。

　　圖6可以看到，積屑瘤帶有一點(diǎn)尾巴，顯示了積屑瘤黏結(jié)疊加的真實(shí)過(guò)程、狀況。無(wú)論直徑大還是小，都有積屑瘤形成。

a)6061-Ø60積屑瘤 b)6061-Ø45積屑瘤 a)6061-Ø15積屑瘤

圖6 6061積屑瘤圖