铝合金车削过程中积屑瘤的产生

　　铝合金材料种类繁多，不同的铝合金材料产生积屑瘤的切削条件也有所不同，为了合理地选择铝合金材料及其切削条件，以便经济有效地完成金属切削加工，必须了解常用铝合金材料积屑瘤产生的条件及其过程。

　　一、积屑瘤与切削温度之间的关系

　　由于切削直径以每切削一次减少2×2.5mm=5mm的等比例变细，而转速为一定，所以切削速度递减。同时虽然背吃刀量为2.5mm，但由于切削直径递减，所以切削面积递减，再加上每次的切削加工长度也随之有所减小，所以切削体积、切削时间也逐渐减少。因此刀具的磨损、发热及切削热都将有所不同。这些都将不同程度地对积屑瘤的大小及形成有所影响。

　　图1所示为积屑瘤大小与切削温度之间的关系，显示了LY12、7009A和6061三种铝合金材料的积屑瘤大小与切削温度之间的关系。这里的积屑瘤大小为前刀面上的积屑瘤高度。可见，图线虽然有些波动，但除7009A的关系曲线有下降外，积屑瘤大小随着切削温度的升高有所增大。6061整体上大于LY12，黏刀相对严重，易于形成积屑瘤。而7009A，积屑瘤之所以随着温度增加呈减小趋势，是由于其延伸率较大，在切削过程中切屑断屑困难，直径Ø30时切屑缠绕过于严重致使积屑瘤有所脱落所致。

图1 积屑瘤大小与切削温度之间的关系

　　二、积屑瘤与切削速度、加工体积的关系

　　图2、图3所示分别为积屑瘤大小与切削速度和切削体积的关系。虽然三种材料的情况各有不同，但在总体上，每种材料积屑瘤的大小均随着切削速度和体积的增加而增加，然后再随着切削速度和体积的增加而减小，中间部分值较高。这种现象与上述切削区温度即切削热有关，当切削速度高时，由于排屑良好，切屑带走大量切削热;切削速度低时，发热量相对较少，故积屑瘤偏小。积屑瘤大小与切削体积的关系也呈现类似情况，原因相同，这是因为在本切削试验中，切削体积大时切削直径也大，切削速度也高，反之则低。

图2 积屑瘤大小与切削速度之间的关系 图3 积屑瘤大小与切削体积之间的关系

　　铝合金6061的积屑瘤大小高于LY12，在很大范围内积屑瘤都显示比较大的数值。这是由于6061极富黏性的缘故。黏性大，切削加工摩擦大，所以在加工过程中切削温度一直很高，并且难以降低，因此积屑瘤大。

　　7009A的情况特殊，积屑瘤大，但有脱落现象。这是由于切屑缠绕严重所致。

　　另外，采用7009A进行转速为560r/min条件下的较高速切削试验，结果发现在此情况下，积屑瘤不易产生。这是因为当转速高到一定程度以上时，即使切削直径变小，切削速度仍保持较高的数值，排屑保持良好，切削区温度不易升高，切屑的黏结得到缓和的缘故。

　　由上述分析得到结论：在转速一定、背吃刀量一定的情况下，影响积屑瘤大小的基本原因与工件的直径、加工体积有关，与切削线速度有关，更主要的是与切削温度有关，随着切削温度的增加，积屑瘤大小增加，而随着切削速度增加积屑瘤则由小变大再由大变小，即当增加到峰值后又随着切削速度的增加而降低。其峰值所对应的切削速度随材料的不同而不同。即当切削速度高于一定值时，积屑瘤将不易产生，这是由于当切削速度较高时切削热大部分都被切屑带走，同时由于速度加快，刀具前刀面与切屑底部滞留层之间的摩擦力比较小的缘故。而在低速时，由于背吃刀量一定且不大，单位时间内的金属切削体积少，所以发热量也少，因此，积屑瘤产生也相对小。虽然几种材料材质有所不同，毛坯直径也略有不同，但从它们的规律来看，还是比较一致的。

　　三、加工过程中的积屑瘤

　　图4、图5所示是以上各种材料在不同切削直径时相对应的积屑瘤图，其中包括各个加工阶段的积屑瘤状况以及各加工阶段的切屑状况。图5a、图5b分别为铝合金LY12在加工直径为Ø40和Ø15时的积屑瘤状况图。

a)LY12-Ø40时的积屑瘤             b)LY12-Ø15时的积屑瘤        c)LY12-Ø15切屑

图4 LY12积屑瘤图

　　从图4可见，工件直径较小时，积屑瘤则比较明显。根据上述解释，积屑瘤大小有所不同是由于切削体积和切削温度的不同所致，当加工试验件直径大时，则切削速度高，排屑相对较好，积屑瘤形成相对缓慢，反之直径较小，切削速度较小，排屑较差，切削区温度较高，积屑瘤较易形成。

a)7009A-Ø50时的积屑瘤     c)7079A-Ø15切屑　 b)7009A-Ø15时的积屑瘤

图5 7009A积屑瘤图

　　从图5可以明显看出，工件直径小时，积屑瘤明显较大。事实上，随着直径的变小，切屑由扁平变成卷曲，切屑始终断屑困难，导致切削区温度上升，易于形成积屑瘤，该结果与其延伸率有关。

　　图6可以看到，积屑瘤带有一点尾巴，显示了积屑瘤黏结叠加的真实过程、状况。无论直径大还是小，都有积屑瘤形成。

a)6061-Ø60积屑瘤 b)6061-Ø45积屑瘤 a)6061-Ø15积屑瘤

图6 6061积屑瘤图