對切削加工中積屑瘤成因及其預防措施的探討

田遠巍

摘 要：在切削加工中，積屑瘤的出現不僅會增大已加工零件的表面粗糙度，還會進一步惡化已加工零件的表面質量，使加工零件的尺寸發生變化且不易受到控制。所以，要想有效提高機械產品的整體質量與整體性能，就必須做好積屑瘤的分析與研究，清楚地掌握積屑瘤的形成原因，進而做好積屑瘤的預防工作，從而為防止積屑瘤的產生、更好地提高機械加工產品質量做有益的鋪墊。

關鍵詞：切削加工 積屑瘤 成因 預防措施

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0072-02

切削塑性金屬材料時，在切削速度不高且又能形成帶狀切屑的情況下，往往會在切削刃口附近粘結一塊剖面層三角狀或鼻狀的金屬塊，它包圍在切削刃且覆蓋部分前面，我們將其稱之為積屑瘤。而事實證明，積屑瘤的硬度大大高于加工零件材料的硬度，且不易被除去，因此，在零件加工過程中，會給加工零件的表面質量造成進一步的惡化。所以，如何做好積屑瘤的預防工作則具有十分重要的現實意義。以下筆者結合個人實踐工作經驗與相關參考文獻，就切削加工中積屑瘤的成因進行了粗淺分析與探討，并提出預防措施，以供參考。

1 積屑瘤的成因

在切削塑性金屬的過程中，如若我們能夠將切削的實際速度始終控制在一定范圍之內的話，那么一方面，會使得刀具的前刀面與新產生的切屑底層金屬之間形成相互擠壓與摩擦，進而致使刀具的前刀面存在的氧化膜以及吸附膜被破壞，從而致使切屑底層的金屬與刀具的前刀面實際接觸面積變得越來越大，從而為形成積屑瘤提供必要條件。而在另一方面，會使切削底層金屬與切削溫度產生滯流層作用，使得切削上層金屬與切削底層金屬發生滑移問題，并且隨著不斷增加的切削時間，切削的溫度也被不斷地升高，刀具與切屑的摩擦力也會不斷加劇，不斷加強壓力作用，而一旦滯流層停止了流動，那么勢必會與刀具的前刀面發生粘結，并且在不斷推動的后繼切屑作用下，切屑上層金屬與切屑底層金屬之間發生脫離，為積屑瘤的產生預留下了重要的空間。尤其是新滯流層還與刀具前刀面發生粘結，產生加工硬化，長此以往勢必會形成積屑瘤，基本形式如圖1所示。

可以說積屑瘤的整個產生、成長、脫落的過程，是在短時間內形成的，并且會在整個切削的過程中周而復始地不斷出現。而積屑瘤又擁有著極高的硬度，是一般被加工材料的兩倍到3倍之間。因此，當相對穩定時，積屑瘤覆蓋在切削刃上，還可以起到保護刀具，降低磨損的重要作用。但是一旦處于不穩定狀態下時，積屑瘤的碎片就會嵌入工件表面，給工件表面造成硬質點，并且會進一步加劇對刀具的磨損程度。

2 積屑瘤在切削中產生的影響

第一，切削刃和前刀面會被屑瘤包蓋住一部分，因此，在切削的整個過程之中，也代替了切削刃和前刀面進行了切削作業，進而起到了保護切削刃以及前刀面的重要作用。但是，由于積屑瘤的穩定性極差會隨著切削加工而不斷變化。所以，一旦刀具上的積屑瘤被迫脫離，那么刀具表面也會由于焊結作用被帶走一部分，從而加劇刀具的磨損情況。

第二，刀具前角會隨著積屑瘤的不斷增大而相應發生變化，尤其是當積屑瘤足夠大且刀具前角達到30°左右，那么切削力勢必會被不斷降低。同時，積屑瘤前端也會伸出切削刃之外，增大切削厚度，進而影響機械加工尺寸的精確度，如圖2所示。

而正是由于上述因素使得在整個切削過程之中積屑瘤極為不穩定，時而生、時而滅。所以，在機械零件的加工過程中尺寸不僅不易控制，且極易在加工零件的表面之上粘結積屑瘤碎片，加大零件表面的粗糙程序。

3 積屑瘤增大了零件表面的粗糙度并對機械產品性能造成影響

第一，積屑瘤的出現極大地加劇了加工零件表面的粗糙程度，從而對機械產品的實際要求精確程度帶來了巨大的惡劣影響。這是因為機械產品都是由各個零部件進行組合裝配的，因此，其在整個組合裝配過程之中，各個零部件表面如若加工過于粗糙，那么無論是間隙配合、過渡配合，還是過盈配合都會對他們的實際配合性質產生巨大的影響，進而大大降低機械產品的精確度。如：在間隙配合上，由于零件表面的粗糙程度被積屑瘤大大加劇了，所以在初期磨損階段勢必會改變配合間隙的性質，從而使機械在進入正常的工作狀態以后就會逐漸出現漏油、漏氣、振動、噪聲等諸多的不良問題，使得機械設備無法進行正常運轉。而過盈配合則是配合表面的凸峰在相互擠壓的情況下，實際有效的過盈被不斷地減少，致使配合表面的結合強度不斷降低，進而機械產品的整體精確受到嚴重影響。

第二，積屑瘤的出現使得零部件表面的粗糙度極具加大，影響了加工零件的實際耐磨性能。而也正因如此，我們能夠清楚地看到，摩擦面的材料、潤滑條件等因素與零件的耐磨性能有著直接的關系，而在不改變基礎條件的大背景下，表面粗糙度會對摩擦面的磨損產生巨大的影響。而一旦兩個接觸表面都過于粗糙，那么勢必會先接觸到一些凸峰的頂部，進而導致理論接觸面積大于實際的接觸面積，實際承受壓強也被不斷增大，進一步加劇磨損情況，影響機械產品的整體質量。

4 預防切削加工中積屑瘤產生的具體措施

通過上文的分析可以看到，要想形成積屑瘤必須要滿足兩個條件。也正因如此，應該從兩個條件入手，對積屑瘤的產生進行預防。

4.1 做好切削加工時切削速度、切削溫度的控制

積屑瘤的產生直接受到切屑速度、切削溫度的影響。所以，選擇適合的切削速度與切削溫度就能夠有效預防切屑瘤的產生，從而更好地提高機械加工質量。正如圖3所示，在進行低速切削時vc≤3 m/min，切削的溫度較低；在進行高速切削時vc≥60 m/min，相比之下切削溫度則較高。而在這兩種情況之下，刀具與切削之間的摩擦力較小，所以也不易發生粘結，就不會形成積屑瘤。而當切削速度在二者之間為中速時vc=20 m/min，則刀具與切屑之間存在較大的摩擦力，極易產生積屑瘤。也正因如此，在切削加工過程中，我們應該有效規避能夠產生積屑瘤的切削速度，將切削速度調整至較高或較低的程度。

而當切削溫度在300 ℃以下時，不易產生積屑瘤；當切削溫度在500 ℃以上時，工件材料的剪切強度較低，切削底層金屬極易軟化，因此，也不易產生積屑瘤；當切削溫度在350 ℃到400 ℃之間時，極易產生積屑瘤。所以，在切削過程中，要注意切屑與前刀面摩擦所產生的溫度，做好溫度區間的控制。

4.2 做好進給量和刀具前角的控制

通過分析可以看到，當加大進給量時，切削厚度會被不斷增大，切削溫度會被不斷提升，而伴隨著刀具與切屑接觸時間的不斷越長，積屑瘤的高度也勢必會不斷越高。所以，選擇合理的切削速度與進給量對有效防止積屑瘤的形成有著至關重要的作用。而通過實例分析，研究人員能夠認識到，當前角大于35°時積屑瘤是不會產生的。

5 結語

綜上所述，筆者通過對切削加工過程中積屑瘤的產生進行了粗淺分析，也使人們更加清楚地認識到，要想形成積屑瘤，就必須滿足兩個條件：第一是切削與刀具的前刀面的冷旱面積足夠大；第二則是積屑瘤的加工硬化強度足夠，只有擁有上述兩個條件，才能夠代替刀具進行切割。所以，在切削過程中要想有效防止積屑瘤的出現，在實際工作之中必須要選擇擁有優異潤滑性能的切削液，進而起到降低切削溫度的目的，并且進一步減少切削與刀具之間的冷焊面積。同時，還可以采取提高零件加工切削速度的方法，提高切削溫度，進而降低切削底層金屬的屈服強度，以此從切削根本上控制積屑瘤的產生，從而制作出更多、更好的、滿足用戶需求的高質量零件。

參考文獻

[1] 鄭文虎，齊海生.積屑瘤對精加工的影響[J].機械工人.冷加工，2006（4）：43-44.

[2] 劉強.關于工件加工中積屑瘤形成的原因分析[J].湖南農機，2014（6）：58-59.

[3] 李鳳初.機械加工中有關積屑瘤的探討[J].湖南農機，2013

（5）：114-115.

[4] 鞠海華.車削加工中的積屑瘤控制[J].機床與液壓，2012

（10）：164-166.

[5] 方科喜.淺談積屑瘤對加工精度的影響[J].機電元件，2012

（4）：36-38.

[6] 尚建軍.切削中防止積屑瘤產生的幾種措施[J].楊凌職業技術學院學報，2012（3）：51-52.