积屑瘤的形成和影响因素

在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削刃口处黏着一块楔形的金属块，它的硬度较高（通常是工件材料的2～3倍），在处于稳定状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤。

1）积屑瘤的形成

切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面具有适当的温度和较高的压力时就会产生黏结（冷焊）。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。连续流动的切屑从黏在刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。这样使黏结层逐层在前一层上积聚，最后长成积屑瘤，如图4-20所示。

图4-20　积屑瘤的形成

积屑瘤的形成过程

影响积屑瘤产生的因素如下。

（1）工件材料。塑性高的材料，由于切削时塑性变形较大，加工硬化趋势较强，因此积屑瘤容易形成；而脆性材料一般没有塑性变形，并且切屑不在前刀面流过，因此无积屑瘤产生。

（2）切削速度。切削速度主要通过切削温度影响积屑瘤。

低速（vc＜3～5 m/min）时，切削温度较低（＜300℃），切屑流动速度较慢，摩擦力未超过切屑分子的结合力，不会产生积屑瘤。

中等速度（速度在5～35 m/min）时，切削温度为300℃左右，摩擦因数最大，最容易产生积屑瘤。速度在约20 m/min时最大。

高速（vc＞60～70 m/min）时，温度很高（600℃），切屑底层金属变软。摩擦因数明显降低，积屑瘤也不会产生。切削速度对积屑瘤的影响如图4-21所示。

图4-21　切削速度对积屑瘤的影响

（3）刀具前角。采用小前角比用大前角时容易产生积屑瘤。前角较小时，切屑变形剧烈，前面的摩擦力也较大，同时温度也较高，因此容易产生积屑瘤；反之，前角较大时，切屑对刀具前刀面的正压力减小，切削力和切屑变形也随之减小，不容易产生积屑瘤，当前角大到40°～50°时一般不会产生积屑瘤。

（4）刀具表面粗糙度。减小刀具前刀面的表面粗糙度值，可减小积屑瘤的产生。

（5）切削液。切削液中含有活性物质，能迅速渗入加工表面和刀具之间，减小切屑与刀具前刀面的摩擦，并能降低切削温度，所以不易产生积屑瘤。

2）积屑瘤对切削过程的影响(www.xing528.com)

（1）影响刀具耐用度。积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑瘤相对稳定时，可代替切削刃进行切削。切削刃和前刀面都得到积屑瘤的保护，减少了刀具的磨损，提高刀具耐用度；但在不稳定时，积屑瘤的破裂有可能导致硬质合金刀具的剥落磨损。

（2）增大实际前角。有积屑瘤的车刀，实际前角可增大至30°～50°，因而减少了切屑的变形，降低了切削力。

（3）增大切入深度。积屑瘤的前端伸出切削刃之外，改变了背吃刀量，有积屑瘤的切入深度比没有积屑瘤时增大了Δac，因而影响了工件的加工尺寸精度，如图4-22所示。另外，由于积屑瘤的产生、成长与脱落是一个周期性过程，因此Δac的变化有可能引起振动。

（4）增大已加工表面粗糙度值。积屑瘤的底部较上部稳定，但在通常条件下，积屑瘤总是不稳定的。它时大时小，时生时灭。在切削过程中，一部分积屑瘤被切屑带走，另一部分嵌入工件已加工表面内，使工件表面产生硬点和毛刺，增大了已加工表面的粗糙度值，影响工件表面质量，如图4-23所示。

图4-22　积屑瘤影响尺寸精度

图4-23　积屑瘤影响加工表面粗糙度

粗加工时：

（1）采用硬质合金刀具时，一般不希望产生积屑瘤；

（2）采用高速钢刀具时，积屑瘤黏附在刀具前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减小刀具磨损、提高耐用度的作用。

在精加工时须避免或减小积屑瘤，其措施有：

（1）控制切削速度，尽量采用很低或很高的速度，避开中速区（尤其是10～20 m/min）；

（2）增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力；

（3）减小进给量；

（4）减小刀面的表面粗糙度；

（5）使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦；

（6）提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。