1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法
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 圖1 試驗(yàn)加工前后的試驗(yàn)件 |
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
- 積屑瘤與切削溫度、加工體積、切削速度之間的關(guān)系
- 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2 積屑瘤大小與切削溫度之間的關(guān)系
圖3 積屑瘤大小與切削速度之間的關(guān)系
圖4 積屑瘤大小與切削體積之間的關(guān)系- 圖2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?？梢姡瑘D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，在切削過程中切屑斷屑困難，直徑Ø30時(shí)切屑纏繞過于嚴(yán)重致使積屑瘤有所脫落所致。
- 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。
- 積屑瘤與切削速度、加工體積的關(guān)系
- 圖3、圖4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。
- 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)?，?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)律來看，還是比較一致的。
a)LY12-Ø40時(shí)的積屑瘤
c)LY12-Ø15切屑
b)LY12-Ø15時(shí)的積屑瘤圖5 LY12積屑瘤圖 
a)7009A-Ø50時(shí)的積屑瘤
c)7079A-Ø15切屑
b)7009A-Ø15時(shí)的積屑瘤圖6 7009A積屑瘤圖 - 積屑瘤與切削溫度之間的關(guān)系
- 加工過程中的積屑瘤
- 圖5、圖6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。
- 從圖5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。
- 從圖6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7所示是鋁合金6061的積屑瘤圖。
- 圖7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)過程、狀況。無論直徑大還是小，都有積屑瘤形成。
3 結(jié)語
的結(jié)論如下。
- 積屑瘤大小與切削區(qū)溫度成正比。
- 與切削鋼件類似，切削鋁合金時(shí)，轉(zhuǎn)速越高越不易產(chǎn)生積屑瘤，而在中轉(zhuǎn)速情況下則極易產(chǎn)生積屑瘤，即積屑瘤的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速有關(guān)。這是因?yàn)榈娃D(zhuǎn)速產(chǎn)生熱量少，而高轉(zhuǎn)速通過切屑帶走熱量多，所以只有中轉(zhuǎn)速切削區(qū)溫度易升高，積屑瘤易產(chǎn)生。定義轉(zhuǎn)速的高低與每種材料有關(guān)。
- 積屑瘤的大小與加工體積有關(guān)。以上結(jié)論基本上與以往的研究或教科書中所介紹的知識(shí)一致。另外，積屑瘤的產(chǎn)生與摩擦有關(guān)，而材料的摩擦力則隨材料各不相同，如鋁合金7009A，其延伸率為8% ，高于LY12的2%，而強(qiáng)度和硬度都低于LY12，韌性高，在切削加工時(shí)由于摩擦產(chǎn)生的熱量比較多，故積屑瘤也大。從而得出，LY12相對(duì)其他兩種鋁合金材料，同樣條件下產(chǎn)生的積屑瘤較小，切削性能較好。
 a)6061-Ø60積屑瘤 |
 b)6061-Ø45積屑瘤 |
 a)6061-Ø15積屑瘤 |
| 圖7 6061積屑瘤圖 | ||
先試著加快轉(zhuǎn)速看看
總而言之，若使用切削液產(chǎn)生粘屑，改善幾點(diǎn)：
(a)切削液的滲透性不夠，因切削液無法充分進(jìn)入刀尖的排屑區(qū)進(jìn)行冷卻及潤(rùn)滑刀具前端，又工件在高溫下是較軟的情況，刀具排屑排不掉，或排不干凈，循環(huán)下越積越多
(b)另加強(qiáng)切削液噴嘴的壓力試試，讓噴嘴閥噴強(qiáng)一些，是可以沖掉刀具前端的碎屑
(c)跟刀具也有很大的關(guān)系，頓掉的刀具看不出來，但放大后可以發(fā)現(xiàn)會(huì)有缺角，一切下去不光滑，積屑餾也容一產(chǎn)生
(d)用什么切削液都無妨，就檢查刀具情況，加強(qiáng)噴嘴壓力，再尋問廠家解決，廠家也無法解決時(shí)，就換家試試吧