浅谈积瘤的加工控制

继续教育学院毕业设计 论文 继续教育学院毕业设计 论文 题目 浅谈积题目 浅谈积屑屑瘤的加工控制瘤的加工控制 院 系院 系 站站 西安机电信息技师学院西安机电信息技师学院 学科专业 学科专业 数控加工与维护数控加工与维护 学学 生 生 周志宏周志宏 学学 号 号 指导教师 指导教师 2012 年 10 月 西安工业大学继续教育学院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 院系或教学站点 学生姓名 专业班级 批准日期 一 毕业设计 论文 题目 二 毕业设计 论文 工作自 年 月 日起至 年 月 日止 三 毕业设计 论文 进行地点 四 毕业设计 论文 的内容 负责指导教师 指 导 教 师 接受设计 论文 任务并开始执行日期 学 生 签 名 西安工业大学继续教育学院 毕业设计 论文 考核评议书毕业设计 论文 考核评议书 院 系 站 专业 指导教师对学生 所完成的课题为 的毕业设计 论文 进行的情况 完成的质量及评分的意见 负责指导教师队 指导教师 年 月 日 总评答辩占 40 审阅教师评分 20 指导教师评分 40 题 目姓名 西安工业大学继续教育学院毕业设计 论文 评分表 年 月 日 序号 西安工业大学继续教育学院 毕业设计 论文 毕业设计 论文 考核审定结果 院 系 站 专业 毕业设计 论文 考核审定组对学生 所完成的课题为 的毕业设计 论文 考核审定结果确定成绩为 毕业设计 论文 审核组负责人 审核组成员 年 月 日 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 1 摘摘要要 在常切削过程中 用中等或低的切削速度切削钢 铝或其他塑性金属时 会发 现一小块金属牢固地粘附住所用刀具的前刀面上 这一小块金属就是积屑瘤 如图 1 所示 积屑瘤是被切金属在切削区的高压和大摩擦力作用下与刀具刃口四周的前 刀面上粘结形成的 这块金属受到加工硬化的影响 其硬度可比基体高 2 3 倍 因此可以代替刀刃切削 积屑瘤在切削过程中是不稳定的 它开始生长到达一定高 度以后 发生脆裂 被工件和积屑带走而消失 以后又开始生长 从小到大 又破 碎消失 周而复始地循环 由于它时现时失 时大时小 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 还由于它的生长与消失 改变着刀具前角 影 响着刀具在切削过程中的挤压 摩擦和切削能力 造成工件表面硬度不均匀 还会 引起切削过程振动 加快刀具磨损 因此 在精加工时应采取措施 避免产生积屑 瘤 关关键键词词 切削加工 积屑瘤 切削加工 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 2 目目录录 论论文文主主体体 1 1 积屑瘤的形成及形成过程 2 1 1 三个变形区 2 2 影响积屑瘤的主要因素 4 2 1 工件材料 4 2 2 刀具前角 4 2 3 切削速度 4 2 4 切削厚度 5 3 积屑瘤产生原因分析 6 4 积屑瘤对加工的影响 7 4 1 保护刀具 7 4 2 增大实际前角 7 4 3 影响工件表面质量和尺寸精度 7 5 积屑瘤的作用 8 6 积屑瘤的利弊 9 6 1 积屑瘤对切削过程的不利影响 9 6 2 抑制或避免积屑瘤措施 9 7 积屑瘤的防治措施 10 7 1 切削力和切削功率的控制 10 7 2 切削方面的控制 11 7 3 刀具的控制 13 7 4 润滑液的控制 15 总结 16 致谢 17 参考文献 18 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 3 论文主体论文主体 金属切削加工中 刀具对工件的切削产生切削力 工件材料抵抗刀具的切削又 称为切削阻力 刀具与工件之间的摩擦会产生大量的切削热 伴随着金属变形 切 削力 切削热和刀具磨损期间会出现很多影响加工因素 如 积屑瘤 加工硬化 残留面积 鳞刺和振动都与切削过程有关 在中等切削速度下 车削塑性材料 会产生积屑瘤 实训课上 车削轴类工件我无意中发现刀具前刀面上粘附着一个硬块 影响加 工精度 我就想用工具将楔块取掉 在老师的指导下 通过理论课的学习 对积屑 瘤有了新的认识和理解 下面谈一下对积屑瘤的认识 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 4 1 1 积屑瘤的形成及形成过程积屑瘤的形成及形成过程 图图 1 11 1 积屑瘤现象积屑瘤现象 在加工过程中 由于工件材料是被挤裂的 因此切屑对刀具的前面产生有很大 的压力 并摩擦生成大量的切削热 在这种高温高压下 与刀具前面接触的那一部 分切屑由于摩擦力的影响 流动速度相对减慢 形成 滞留层 当摩擦力一旦大于 材料内部晶格之间的结合力时 滞流层 中的一些材料就会粘附在刀具近刀尖的前 面上 形成积屑瘤 对塑性金属进行切削时 切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程当工件受 到刀具的挤压以后 切削层金属在始滑移面 OA 以左发生弹性变形 在 OA 面上 应 力达到材料的屈服强度 则发生塑性变形 产生滑移现象 随着刀具的连续移动 原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢 应力和变 形也逐渐加大 在终滑移面上 应力和变形达到最大值 越过该面 切削层金属将 脱离工件基体 沿着前刀面流出而形成切屑 1 11 1 三个变形区三个变形区 1 1 第一变形区 第一变形区 I I 从 OA 线到 OE 线内的区域 伴随沿滑移线的剪切变形以及 随之产生的加工硬化 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 5 2 2 第二变形区 第二变形区 IIII 切屑与前刀面磨擦的区域 切削底层靠近前刀面处纤维 化 流动速度减缓 切削弯曲 切削与刀具接触温度升高 3 3 第三变形区 第三变形区 IIIIII 工件已加工表面与后刀面接触的区域 存在纤维化与加 工硬化 变形较密 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 6 2 2 影影响响积积屑屑瘤瘤的的主主要要因因素素 由于积屑瘤是在很大的压力 强烈摩擦和剧烈的金属变形的条件下产生的 因而 切削条件也必然通过这些作用而影响积屑瘤的产生 长大与消失 图图 2 2 1 1 2 2 1 1 工工件件材材料料 当工件材料的硬度低 塑性大时 切削过程中的金属变形大 切屑与前刀面间 的摩擦系数 大于 1 和接触区长度比较大 在这种条件下 易产生积屑瘤 当工 件塑性小 硬度较高时 积屑瘤产生的可能性和积屑瘤的高度也减小 如淬火钢 切削脆性材料是产生积屑瘤的可能更小 2 2 2 2 刀刀具具前前角角 刀具前角增大 可以减小切屑的变形 切屑与前刀面的摩擦 切削力和切削热 可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度 据有关资料介绍 刀具前角 0 40 时 积屑瘤产生的可能就小 2 2 3 3 切切削削速速度度 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 7 切削速度主要是通过切削温度和摩擦系数来影响积屑瘤的 当刀具没有负倒棱 时 在极低的切削速度条件下 不产生积屑瘤 以中碳钢为例 切削速 度 Vc2m min 30m min 时 积屑瘤从生产到生长 到最大 也即是说 切削温度为 300 左右时 切屑与刀具间的摩擦系数最大 积 屑瘤达到最高高度 随着切削速度相应的切削温度提高 积屑瘤的高度逐渐减小 高速切削时 Vc 120m min 由于切削温度很高 800 以上 切屑底层的滑 移抗力和摩擦系数显著降低 积屑瘤也将消灭 所以我们日常精加工时 为了达到 较低的已加工表面粗糙度的办法是采用在刀具耐热性允许范围内的高速切削 或采 用低速 Vc切削速度 v 进给量 f 切削塑性材料时 变形和摩擦都比较大 所以发热较多 切削速度提高时 因切屑的变形减小 所以塑性变形产生的热量百分比降低 而摩擦产生热量的百分 比增高 切削脆性材料时 后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大 7 7 2 2 2 2 影影响响切切削削热热的的因因素素 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 14 1 1 工件材料的导热性能是影响热量传导的重要因素 工件材料的导热系数越低 通过工件和切屑传导出去的切削热量越少 这就 必然会使通过刀具传导出去的热量增加 切削产生的热量不易传出 切削温度因 而随之增高 刀具就容易磨损 刀具材料的导热系数较高时 切削热易从刀具方面导 出 切削区域温度随之 降低 这有利于刀具寿命的提高 2 2 切屑与刀具接触时间的长短 也影响刀具的切削温度 外圆车削时 切 屑形成后迅速脱离车刀而落人机床的容屑盘中 故切屑的热量传给刀具不多 钻削 或其它半封闭式容屑的切削加工 切屑形成后仍与刀具及工件相接触 切屑将所带 的切削热再次传给工件和刀具 使切削温度升高 7 7 2 2 3 3 切切削削温温度度的的测测量量 切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度 前刀面的平均温度可近 似地认为是剪切面的平均温度和前刀面与切屑接触面摩擦温度之和 切削温度的测量方法很多 大致可分为热电偶法 辐射温度计法以及其它测 量方法 目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法 7 7 2 2 4 4 影影响响切切削削温温度度的的主主要要因因素素 1 1 切切削削用用量量的的影影响响 在切削用量三要素中 v 的指数最大 f 次之 ap 最小 V f ap 这说明切削速度对切削温度影响最大 随切削速度的提高 切削 温度迅速上升 而背吃刀量变化时 散热面积和产生的热量亦作相应变化 故对切 削温度的影响很小 因此为了有效地控制切削温度以提高刀具寿命 在机床允许地 条件下 选用较大的吃刀深度和进给量 比选用大的切削速度更为有利 2 2 工工件件材材料料的的影影响响 强度越大切削温度越高 导热系数越高切削温度越 低 3 3 刀刀具具几几何何参参数数的的影影响响 a a 切削温度随前角增大而降低 但到一定程度时 对切 削温度的影响减小 b b 主偏角减小时 切削温度下降 4 4 刀刀具具磨磨损损的的影影响响 磨损越严重 切削温度越高 5 5 切切削削液液的的影影响响 与切削液特性有关 7 7 2 2 5 5 切切削削温温度度对对工工件件 刀刀具具和和切切削削过过程程的的影影响响 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 15 1 1 切切削削温温度度对对工工件件材材料料强强度度和和切切削削力力的的影影响响 切削温度对工件材料强度 切削力影响不大 原原因因 a a 在切削速度较高时 变形速度很高 其对增加材料强度的影响 足以抵 消高的切削温度使材料强度降低的影响 b b 切削温度是在切削变形过程中产生的 因此对剪切面上的应力应变状态 来不及产生很大的影响 只对切屑底层的剪切强度产生影响 2 2 对对刀刀具具材材料料的的影影响响 提高切削温度 可提高硬质合金韧性 不易崩刃 降低磨损 各类刀具材料在切削各种工件材料时 都有一个 最佳切削温度范围 3 3 对对工工件件尺尺寸寸精精度度的的影影响响 主要是工件受热膨胀所致 刀杆受热膨胀 切 削时实际切削深度增加使直径减小 工件受热变长 但因夹固在机床上不能自由伸 长而发生弯曲 车削后工件中部直径变化 4 4 利用切削温度自动控制切削温度或进给量 各种刀具材料切削不同的工件材料都有一个最佳切削温度范围 因此 可 利用切削温度来控制机床的转速或进给量 保持切削温度 在最佳范内 以提高 生产率及工件表面质量 5 5 利用切削温度与切削力控制刀具磨损 运用刀具 工件热电偶 能在几分之一秒内指示出一个较显著的刀具磨损的 发生 跟踪切削过程中的切削力以及切削分力之间比例 的变化 也可反映切屑 碎断 积屑瘤变化或刀具前 后面及钝圆处的磨损情况 切削力和切削温度这两个 参数可以互相补充 以用 于分析切削过程的状态变化 7 2 6 切削速度 当加工中出现不想要的积屑瘤时 可提高或降低切削速度 亦可以消除 积屑瘤 但要与刀具的材料 角度以及工件的形状相适应 1 1 降低切削速度 使温度较低 粘结现象不易发生 2 2 采用高速切削 使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度 7 7 3 3 刀刀具具的的控控制制 7 7 3 3 1 1 刀刀具具磨磨损损的的形形态态及及其其原原因因 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 16 磨损是连续的 逐渐的 刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热 化学磨损 低温区以机械磨损为 主 高温区以热 化学磨损为主 磨损的形态 a a 前刀面磨损 b b 后刀面磨损 c c 边界磨损 1 1 前前刀刀面面磨磨损损 月牙洼磨损的形成过程 切削塑性材料时 如果切削速度和切削厚度较大 由于切屑与前刀面完全是新 鲜表面相互接触和摩擦 化学活性很高 反应很强烈 接触面又有很高的压力和 温度 接触面积中有 80 以上是实际接触 空气或切削液渗入比较困难 因此在 前刀面上形成月牙洼磨损 使刀刃强度降低 易导致刀刃破损 2 2 后后刀刀面面磨磨损损 切削时 工件的新鲜加工表面与刀具后刀面接触 相互摩擦 引起后刀面磨 损 后刀面虽然有后角 但由于切削刃不是理想的锋利 而有一定的钝圆 后刀 面与工件表面的接触压力很大 存在着弹性和塑性变形 因此 后刀面与工件实 际上是小面积接触 磨损就发生在这个接触面上 切削铸铁和以较小的切削厚度 切削塑性材料时 主要发生这种磨损 后刀面磨损带往往不均匀 3 3 边边界界磨磨损损 切削钢料时 常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后 刀面上 磨出较深的沟纹 此两处分别是在主 副切削刃与工件待加工或已加工 表面接触的地方 7 3 27 3 2 刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准 刀具磨损过程可分为三个阶段 1 1 初期磨损阶段 这一阶段的磨损较快 2 2 正常磨损阶段 磨损量随切削时间延长而近似地成比例增加 3 3 急剧磨损阶段 为保证加工质量 应当避免达到这个磨损阶段 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 17 磨钝标准 刀具磨损到一定限度就不能继续使用 这个磨损限度称为磨钝标准 为避免直接检测给生产带来的不便 常根据切削中的一些现象来判断是否达到磨钝 标 准 7 7 3 3 3 3 刀刀具具寿寿命命的的经经验验公公式式 刀具寿命 一把新刀 或重新刃磨过的刀具 从开始使用直至达到磨钝标准所 经历的实际切削时间 称为刀具寿命 刀具总寿命 对于可重磨刀具 刀具寿命指的是刀具两次刃磨之间所经历的 实际切削时间 而对其从第一次投入使用直至完全报废 经刃磨后亦不可再用 时 所经历的实际切削时间 叫做刀具总寿命 切削用量对刀具寿命的影响 v f ap 刀具的破损 刀具在一定的切削条件下使用时 如果它经受不住强大的应力 就可能发生突然损坏 使刀具提前失去切削能力 这种情况就称为刀具破损 破损可认为是一种非正常的磨损 磨损是一个比较缓慢的逐渐发展的刀具表面 损伤过程 而破损则是一个突发过程 刹那间使刀具失效 刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种 硬质合金和陶瓷刀具在切削时 在机械和热冲击作用下 经常发生脆性破损 脆性破损又分为崩刃 碎断 剥落和 裂纹破损 7 7 4 4 润润滑滑液液的的控控制制 采用润滑性能好的切削液 住切削易产生积屑瘤的工件材料时 采用润滑性能 好的极压切削油或植物油 可使切屑和刀具间形成润滑膜的吸附膜 大大减少它们 间的摩擦 在刀具上也不易产生积屑瘤 西安工业大学继续教育学院毕业 设计 论文 18 结论结论 加工中工件工件时应该注意以下几点 1 1 精加工时 要避免积屑瘤的发生 必须在积屑瘤产生的切削速度范围以外进 行切削 2 2 防止积屑瘤产生的措恤 要根据切削条件的具体情况予以采用 3 3 积屑瘤在这一过程的现象看来很小 这一问题往往被忽视 成为精加工时的 一大技术问题 4 4 注意控制切削速度 温度 5 5 选取适当的材料 6 6 选取适当的