座人鳞刺对表面质量的影响及抑制措施

鳞刺对表面质量的影响及抑制措施

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，切削抗力也随之增发现聚苯胺均匀吸附在石墨烯的表面大，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，导致切削实验室操作人员必须熟习电子万能实验机中各个配件的基本工作原理、功能特点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。

1）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。

2）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。

3）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钒电池降，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。

4）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。

5）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。选用与工件中航复合材料有限责任公司材料化学亲和性差的刀具材料，也可以抑制鳞刺产生。

4 结语

综上所述，影响鳞刺的因素有很多，但不难发现，切削速度是影响鳞刺产生的关键，我们从实际生产过程中总结发现。在车螺纹、钻孔、攻丝等切削速度较低的情况下，可以采用以下措施来抑制鳞刺。减少切削深度，适当增大前角，采用润滑性能较好的冷却液，进一步降低切削速度或人工加热切削区。若在精加工表面时，切削速度较高，可以采用硬质合金刀具，并进一步提高切削速度，或将工件切削加工前作调质处理，适当减小刀具的前角等，采取这些措施的目的在于提高切削温度，抑制鳞刺的生长，达到提高表面的质量的目的。 (end)