軸類工件的車削表面質(zhì)量與控制[1].doc

軸類工件的車削表面質(zhì)量與控制【摘要】本文就材料、刀尖圓弧半徑和修光刃、積屑瘤、鱗刺、振動切削刃對表面粗糙度的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了控制措施?！娟P(guān)鍵詞】表面粗糙度 材料 刀尖圓弧半徑和修光刃 積屑瘤 鱗刺 振動 影響 防止減小措施表面粗糙度是指被加工表面所具有的較小間距和微小峰谷平面度。它是鑒定加工表面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。1、 材料對表面粗糙度的影響加工彈塑性材料時，刀具對金屬材料擠壓所產(chǎn)生的塑性變形和刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性越小，金屬塑性變形越大，加工出的表面粗糙度值越大。因此，為了改善對中碳鋼和低碳鋼材料工件的切削性能，降低表面粗糙度值，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。加工塑性材料時，切削速度對積屑瘤和鱗刺的影響非常顯著。切削速度較低易產(chǎn)生鱗刺，低速至中速易形成積屑瘤，粗糙度也大。避開這個速度區(qū)域，表面粗糙度值會減小。加工脆性材料時，切屑發(fā)生的塑性變形非常小，切屑成小粒或粉狀排出，對刀尖不斷地沖擊，由于切屑的崩碎而在已加工表面留下許多“坑坑”，不容易得到光潔的表面。因而在精加工時，將車刀前刀面磨成平直切削刃，應(yīng)用修光刃以及對切削用量進(jìn)行合理的調(diào)整等都是很必要的。切削脆性材料時，還會產(chǎn)生崩碎切屑，切屑崩碎時的裂縫深人到已加工表面之下，使粗糙度增大。此外，排屑狀況、機床設(shè)備的精度和剛度等，也會影響已加工表面的表面粗糙度。加工脆性材料時，因為一般不會形成積屑瘤和鱗刺，所以切削速度對表面粗糙度基本無影響。2、 刀尖圓弧半徑和修光刃對表面粗糙度的作用和改善（1）刀尖圓弧半徑的應(yīng)用 刀具形狀對工件的表面粗糙度有著直接影響，當(dāng)使用刀尖切削軸類工件會留下一定的殘留面積，當(dāng)使用圓弧切削刃時也會留下一定的殘留面積。由于表面粗糙度值主要取決于殘留面積的高度，所以，切削加工時，選擇較大的刀尖圓弧半徑以及小的進(jìn)給量，都可以降低表面粗糙度值。但是，是不是說粗加工中為了切削順利，應(yīng)采用小的刀尖圓弧半徑，而精加工時，為了提高被加工表面的光潔性，就應(yīng)該采用大的刀尖圓弧半徑呢？事實上，當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑增大時，車刀的圓弧刃增長，其主偏角小于直線刃主偏角，容易引起切削中產(chǎn)生振動，并且，會使切屑熱增多；但是，車刀切屑刃工作長度的增加，改善了散熱條件，使切削溫度降低，同時使刀尖強度增大，有利于降低加工表面的表面粗糙度值。刀尖圓弧半徑一般選用在0.22mm,它可依據(jù)以下幾點：1）粗車時，切屑變形嚴(yán)重，切削力大，切削熱多，可選用較大的圓弧半徑；精車時，考慮加工精度和表面粗糙度值，選用適當(dāng)?shù)膱A弧半徑。2）工藝系統(tǒng)（工件、車床、車刀、夾具）剛性較好時，應(yīng)選用較大的圓弧半徑，反之，應(yīng)選用較小的圓弧半徑。3）對較硬材料或容易引起車刀磨損的材料，應(yīng)選取較大的圓弧半徑，反之，應(yīng)選用較小的圓弧半徑。車刀上的刀尖半徑常與過渡刃、刃傾角和前角等幾個角度有關(guān)，有的車刀刀尖處不采用大的圓弧，而是采用直線過渡刃或與前腳、刃傾角等角度協(xié)調(diào)配合，加工中應(yīng)根據(jù)具體情況合理選用和確定。（2）修光刃的應(yīng)用 修光刃就是在過渡刃和副切削刃之間磨出一小段直線刃，這樣對軸件表面可起到修光作用。修光刃有時與刀尖圓弧半徑配合應(yīng)用，單獨使用有車刀圓弧半徑的車刀車削出的軸件表面與刀尖圓弧半徑和修光刃結(jié)合應(yīng)用的車刀車出的軸件表面比較，后者比前者明顯地降低了表面粗糙度值。修光刃是和車刀進(jìn)給方向相平行的一小段直線切削刃，它有時是在刃磨刀具以后用磨石研磨出來的。它之所以起到使軸件表面光潔的作用，主要是因為這一段直線切削刃可以把工件表面刮平。它的寬度應(yīng)合理選擇，太寬了刀具切削困難（阻力大、振動大），太窄了起不到修光的作用。通常它的寬度比進(jìn)給量大一些，采用1.11.2倍進(jìn)給量的數(shù)值。3、 積屑瘤的作用和影響車削時，經(jīng)?？梢钥吹皆诘都飧浇じ街恍K金屬，這就是積屑瘤。由于積屑瘤本身硬度很高，同時又突出在刀尖處，所以，隨著積屑瘤的產(chǎn)生增長消失而變化，其刀具對背吃刀量也不斷發(fā)生變化，這樣就提高了加工出來的表面粗糙度，并且，被工件帶走的積屑瘤 ，有的附著在工件表面，有的則嵌入加工表面內(nèi)，因而又可造成工件表面的硬度不均。還應(yīng)指出的是，積屑瘤的出現(xiàn)，固然有上述缺點，但由于它的產(chǎn)生，使得刀具的刃部受到一定的保護，且使刀具后刀面與加工表面的磨損大大的減小。特別是積屑瘤長在刀尖上呈楔形，就相當(dāng)于增大了刀具的前角，利于降低切削力，因而對于粗加工是有好處的。防止積屑瘤產(chǎn)生的主要措施是：1）降低刀具前刀面的表面粗糙度，使切屑刀具前刀面摩擦減少。 2）采用較高或較低的切削速度，避開易產(chǎn)生積屑瘤的速度值3）控制刀具的前角，低速切削時，用較大的前角，高速時用較小的前角。4）充分使用切削液。5）減小進(jìn)給量和減小主偏角數(shù)值。6）提高材料的硬度和降低工件的塑性，也可減少積屑瘤的可能性。4.刀具磨損對表面粗糙度的影響車刀的前刀面磨損或后刀面磨損都直接影響著軸件的表面粗糙度。車刀磨損主要是由以下幾方面原因造成的：車床上切削工件，金屬層發(fā)生著十分劇烈的擠壓和切屑變形，產(chǎn)生出很大的熱量。這時刀尖的局部溫度可達(dá)500甚至1000.在高溫作用下，刀具切削刃的金屬組織漸漸變軟，硬度降低，甚至失去切削性能，這樣，切削刃就會卷邊，刀具明顯變鈍。刀具能維持切削性能的最高溫度和刀具材料有關(guān)，高速鋼刀具在500600時失去硬度，硬質(zhì)合金刀具在8001000時失去硬度。切削時，金屬層經(jīng)受變形，材料的力學(xué)性能發(fā)生變化，硬度和斷裂強度增加，而塑性降低，這時，表面硬化層得金屬極限強度和屈服點都提高了，并且切削力和熱應(yīng)力多次反復(fù)，使刀具表面層達(dá)到疲勞強度極限，當(dāng)切削溫度較高時，容易出現(xiàn)這種磨損。使用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行車削時，大量切削熱會使硬質(zhì)合金中的碳、鈷、鎢、鈦等元素逐漸擴散到工件和切屑中去，這樣改變了刀具表層的化學(xué)成分，使硬質(zhì)合金刀具的硬度下降，從而加劇刀具的磨損。在車床上進(jìn)行斷續(xù)切削時，刀尖和刀齒的前刀面受到時大時小的背向力，同時，刀齒表面要受到很大的壓力，并且摩擦速度很高，機械摩擦力很大，這幾種綜合力致使車刀刀尖和刀齒前刀面的磨損加快。車刀在切削中的磨損速度并不一致，一把新車刀或刃磨過的車刀，當(dāng)它們進(jìn)入切削后，在較短的一段時間內(nèi)磨損是較快的這是因為新車刀的切削刃和前后刀面微觀有高低不平等缺陷，當(dāng)車刀和工件表面接觸的初期切削刃和前后刀面很快被磨平。所以，有經(jīng)驗的車工師傅在使用前都用磨石仔細(xì)認(rèn)真的研磨。以制約和縮減初期的磨損。當(dāng)進(jìn)入正常切削后，刀齒表面粗糙不平的各點已被磨平，刀具的磨損情況也就穩(wěn)定下來了。這時的磨損值與切削時間成正比的增加，這段磨損為正常磨損階段；緊接著。由于切削溫度的上升、車刀的切削性能下降、金屬材料組織的變化、摩擦條件的較大變化以及切削力增大等因素影響，導(dǎo)致切削條件惡化，刀具磨損加劇，這時如果繼續(xù)使用下去，刀具就會損壞了。 一把新刀具如果在使用前經(jīng)過背刀，在使用過一段時間，進(jìn)入正常磨損階段后，再進(jìn)行一次背刀將大大增大其使用期限。及時地背刀，可以減緩刀齒磨損，延長刀具壽命。光滑平整的刀齒會大大降低初期磨損階段的磨損量，會延長正常磨損階段的時間。 5、鱗刺的影響鱗刺是指已加工表面上鱗片狀的毛刺，是用高速鋼刀具低速切削時，經(jīng)常見到的一種現(xiàn)象。鱗刺一般是在積屑瘤增長階段的前期里形成的。甚至在沒有積屑瘤的時候，以及在更低一些的切削速度范圍內(nèi)也有鱗刺發(fā)生。刀具的后角小的時候特別容易產(chǎn)生鱗刺。鱗刺對已加工表面質(zhì)量有嚴(yán)重的影響，它往往使表面粗糙度等級降低24級。鱗刺的成因是前刀面上摩擦力的周期變化造成的。鱗刺的形成分為： 抹拭階段：前一鱗刺已經(jīng)形成，新鱗刺還未出現(xiàn)；而切屑沿著前刀面流出，切屑以剛切離的新鮮表面 抹拭刀屑摩擦面，將摩擦面上有潤滑作用的吸附膜逐漸拭凈，以致摩擦系數(shù)逐漸增大，并使刀具和切屑實際接觸面積增大，為這兩相摩擦材料的冷焊創(chuàng)造條件。導(dǎo)裂階段：由于在第一階段里，切屑將前刀面上的摩擦面抹拭干凈，而前刀面與切屑之間又有巨大的壓力作用著，于是切屑與刀具就發(fā)生冷焊現(xiàn)象，切屑便停留在前刀面上，暫時不再沿前刀面流出。這時切屑代替前刀面進(jìn)行擠壓，刀具只起支撐切削的作用。其特點是在切削刃前下方，切屑與加工表面之間出現(xiàn)一裂口。層積階段：由于切削運動的連續(xù)性，切屑一旦停留在前刀面上，便代替刀具繼續(xù)擠壓切削層，使切削層中受到擠壓的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?。而這部分新成為切屑的金屬，只好逐層的積聚在起擠壓作用的那部分切屑的下方。；這些金屬一旦積聚并轉(zhuǎn)化為切屑，便立即參與擠壓 切削層的工作；同時，隨著層積過程的發(fā)展，切削厚度將逐漸增大，切削力也隨之增大。刮成階段：由于切削厚度逐漸增大，切削抗力也隨之增大，推動切屑沿前刀面流出的分力也增大。當(dāng)層積金屬達(dá)到一定厚度后，該分力便也隨之增大到能夠推動切屑重新流出的程度，于是切屑又重新開始沿前刀面流出，同時對切削刃便刮出鱗刺的頂部，至此，一個鱗刺的形成過程便告結(jié)束。緊接著，又開始另一個新鱗刺的形成過程。如此周而復(fù)始，在工件加工表面上便不斷地生成一系列鱗刺。影響鱗刺的主要因素有：切削速度、切削深度、刀具的前角、工件的材質(zhì)和切削液。 1)切削速度 切削速度主要是通過切削溫度來影響鱗刺，溫度在一定范圍時，刀和屑間的摩擦系數(shù)最大，容易產(chǎn)生切削層的層積，切削速度是影響切削溫度的主要因素，在某一適中切削速度范圍內(nèi)容易形成鱗刺。通過實踐發(fā)現(xiàn)，切削速度低時，開始出現(xiàn)鱗刺但高度較小，鱗刺的高度隨著切削速度的提高而增大，達(dá)到一定速度時便減小，最后消失。 2)切削厚度 如果在同一切削速度下，切削厚度增大時，切削溫度和力及與切屑接觸長度隨之增大，因此，鱗刺形成及高度隨著切削厚度增大而增大。 3) 刀具的前角 刀具的前角增大時，前刀面上的法向力減小，切削溫度降低，切屑變形減小，當(dāng)切削速度低時，鱗刺的高度隨前角增大而下降，但切削速度高時，隨著切削溫度的升高，鱗刺的高度卻隨著前角增大而增大。 4)材質(zhì) 在實踐中發(fā)現(xiàn)，在較低的切削速度下，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的工件，切削后鱗刺較大；正火處理的工件較小。但在較高的切削速度下，情況完全不一樣，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的工件產(chǎn)生鱗刺高度較小，正火退火處理的工件較高。 5) 切削液及其他 切削液的使用，可以有效控制切削溫度，減少摩擦，采用潤滑冷卻性能很好的切削液可以防止和抑制鱗刺產(chǎn)生和生長。選用與工件材料化學(xué)親和性差的刀具