积屑瘤加工硬化解析

1、 第二章第二章 金属切削加工中的主要现象金属切削加工中的主要现象及规律及规律 2-3 2-3 积屑瘤、加工硬化积屑瘤、加工硬化重点重点：积屑瘤及其在加工中的利弊。积屑瘤及其在加工中的利弊。积屑瘤的控制方法积屑瘤的控制方法加工硬化的不利影响及控制方法加工硬化的不利影响及控制方法重重 点点 在切削速度不高而又能形成连续性切削的在切削速度不高而又能形成连续性切削的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面有时呈三角状常在前刀面切削处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2

2、23 3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为为积屑瘤或刀瘤。积屑瘤或刀瘤。积屑瘤积屑瘤积屑瘤是如何产生？积屑瘤是如何产生？ 在一定的加工条件下，当刀具与前刀面的接触面在一定的加工条件下，当刀具与前刀面的接触面因摩擦达到一定温度，同时压力又较高时，切屑底层因摩擦达到一定温度，同时压力又较高时，切屑底层受到很大的摩擦阻力，产生受到很大的摩擦阻力，产生“滞流滞流”现象。现象。 当当温度和压力温度和压力增加到一定程度，切屑底层就会与增加到一定程度，切屑底层就会与前刀面产生粘结现象，直到

3、该处的温度与压力不足以前刀面产生粘结现象，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止，最终形成积屑瘤，亦即一般所谓造成粘附为止，最终形成积屑瘤，亦即一般所谓“冷冷焊焊”。 一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；产生积屑瘤； 积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤碳素钢的积屑瘤碳素钢的积屑瘤约在约在300300350350时积屑瘤最高，到时积屑瘤最高，到500500以上时以上时趋于消失。趋于消失。温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。因此，太高，产生弱化作用，也不会产生积屑

4、瘤。因此，形成积屑瘤的条件主要取决于切削温度。形成积屑瘤的条件主要取决于切削温度。如切削中碳钢的切削温度在如切削中碳钢的切削温度在300300380380时，易产时，易产生积屑瘤。生积屑瘤。在切削深度和走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切在切削深度和走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。削速度有密切关系。在低速范围在低速范围区内不产生积屑瘤；区内不产生积屑瘤；在在区内，积屑高度随切削速度增高而达最大值；区内，积屑高度随切削速度增高而达最大值；在在区皿内积屑瘤高度随切削速度增加而减小区皿内积屑瘤高度随切削速度增加而减小 。积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤l积屑瘤在切削加工中的利弊积屑瘤在切削加工

5、中的利弊有利之处：有利之处：a.a. 保护刀具保护刀具 积屑瘤硬度较高，可代替刀具工作，且积屑积屑瘤硬度较高，可代替刀具工作，且积屑瘤在前刀面刃口粘的很牢固，故起到保护作用。瘤在前刀面刃口粘的很牢固，故起到保护作用。b.b. 减小切削力减小切削力 增大刀具的实际工作前角，因此显著减小切增大刀具的实际工作前角，因此显著减小切削力。削力。不利影响：不利影响：a.a. 对切削力的影响。对切削力的影响。 由于积屑瘤不稳定，导致切削力波动。由于积屑瘤不稳定，导致切削力波动。b.b. 影响加工尺寸。影响加工尺寸。 改变了预设的背吃刀量。改变了预设的背吃刀量。b.b. 对已加工表面粗糙度的影响。对已加工表面

6、粗糙度的影响。 积屑瘤的破裂。积屑瘤的破裂。b.b. 影响刀具耐用度。影响刀具耐用度。 积屑瘤破裂时可能引起硬质合金刀具的剥落。积屑瘤破裂时可能引起硬质合金刀具的剥落。积屑瘤积屑瘤防止积屑瘤的办法防止积屑瘤的办法降低切削速度降低切削速度，使温度较，使温度较低，使粘结现象不易发生；低，使粘结现象不易发生；采用采用高速切削高速切削，使切削温，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度高于积屑瘤消失的相应温度；度；增加刀具前角增加刀具前角，以减小刀，以减小刀屑接触区压力；屑接触区压力；提高工件材料硬度提高工件材料硬度，减少，减少加工硬化倾向。加工硬化倾向。采用润滑性能采用润滑性能好的切削液，好的切削液，减小

7、摩擦减小摩擦；加工硬化（冷作硬化）及其起因加工硬化（冷作硬化）及其起因-工件材料未经热处理而硬度提高的工件材料未经热处理而硬度提高的现象，称为现象，称为加工硬化。加工硬化。此时，工件已加此时，工件已加工表面其表面金属硬度高于里层金属硬工表面其表面金属硬度高于里层金属硬度。度。 已加工表面产生加工硬化的已加工表面产生加工硬化的根本原根本原因因是其表面经历的是其表面经历的复杂塑性变形复杂塑性变形。 表面塑性变形越大，硬度越高，硬表面塑性变形越大，硬度越高，硬化层越深，硬化越严重。其硬化层的硬化层越深，硬化越严重。其硬化层的硬度比工件硬度高度比工件硬度高1.41.42.22.2倍。倍。 造成加工硬化

8、的造成加工硬化的具体原因具体原因: :形成已加形成已加工表面的过程中，其表层金属产生复杂工表面的过程中，其表层金属产生复杂塑性变形后，是金属塑性变形后，是金属强化强化，另外，切削，另外，切削温度又使加工硬化温度又使加工硬化弱化弱化，更高的切削温，更高的切削温度将引起度将引起相变相变。加工硬化加工硬化加工硬化的不利影响a) 使下道工序加工困难，加速刀具磨损，影响表面质量；b) 硬化层的表面常出现微细裂纹，在表层内形成残余应力，增大了表面粗糙度，降低了材料的疲劳强度。c) 加工硬化在提高工件耐磨性的同时，增加了表面的脆性，降低了工件的抗冲击能力。加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化的控制a)

9、提高刀具刃磨质量，减小刃口钝圆半径；b) 增大刀具前角，减小切削变形；c) 增大后角，减小摩擦；d) 提高切削速度，减小变形；也可利用加工硬化提高已加工表面的硬度和耐磨性。 在切削速度不高而又能形成连续性切削的在切削速度不高而又能形成连续性切削的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面有时呈三角状常在前刀面切削处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2 23 3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的

10、金属称刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为为积屑瘤或刀瘤。积屑瘤或刀瘤。积屑瘤积屑瘤积屑瘤是如何产生？积屑瘤是如何产生？ 在一定的加工条件下，当刀具与前刀面的接触面在一定的加工条件下，当刀具与前刀面的接触面因摩擦达到一定温度，同时压力又较高时，切屑底层因摩擦达到一定温度，同时压力又较高时，切屑底层受到很大的摩擦阻力，产生受到很大的摩擦阻力，产生“滞流滞流”现象。现象。 当当温度和压力温度和压力增加到一定程度，切屑底层就会与增加到一定程度，切屑底层就会与前刀面产生粘结现象，直到该处的温度与压力不足以前刀面产生粘结现象，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止，最终形成积屑瘤，亦即一般所谓造成粘附为止，最终形成积屑瘤，亦即一般所谓“冷冷焊焊”。 一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；产生积屑瘤； 积屑瘤积屑瘤在切削深度和走刀量保持一定时，