金属切削手册 金属切削表面积屑瘤及加工冷硬现象

      金属在切削的过程中，切削刀具的高速旋转将金属切削成需要的形状。但是在这个过程中，高速运转的刀具与金属表面在接触的过程中，切削钢料或其他塑性材料， 会在刀具切削刃附近的前面上，发生金属材料的粘附现象，形成了积屑瘤。而在金属经冷加工之后，强度、硬度提高，塑性下降，就会出现表面冷硬的情况。

      一、积屑瘤

      1、积屑瘤产生的原因

      积屑瘤是刀具前面摩擦变形区在特定条件下金属变形摩擦的产物。切削塑性材料时，切屑由刃口沿刀具前面流出，切屑底层的滞流层受刀具前面摩擦力的作用，流动速度减慢。在高温高压的作用下，当摩擦力大于滞流层的结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘结在前面上，形成积屑瘤。

      2、积屑瘤对切削过程的影响

      金属成为积屑瘤时，产生剧烈的变形，因此积屑瘤有很高的硬度（约为工件硬度的2—3倍）， 可以代替切削刃进行切削，对切削刃有一定的保护作用。积屑瘤的存在，还可使刀具的实际前角增大，使切削力减小。这是积屑瘤对切削过程影响的有利方面。积屑瘤对切削过程的不利影响如下：

      （1）积屑瘤的存在，会增加切削层厚度，从而影响工件的尺寸精度。

      （2）积屑瘤的长大和脱落，会使加工表面的表面粗糙度值增大，表面质量下降。

      （3）积屑瘤破碎脱落时，部分碎片会流入刀具—工件接触区，对工件表面形成“犁沟”。碎片还可能嵌入工件表面造成硬质点，加速刀具的磨损。

      （4）积屑瘤破碎时，切削力也随之变化，使切削过程不稳定。

      综合上述，在一般情况下，特别是精加工，积屑瘤对切削过程是不利的，应设法抑制或避免积屑瘤的产生。

      3、抑制或避免积屑瘤的措施

      （1）控制切削速度，尽量使用很低或很高的切削速度，避开产生积屑瘤的速度范围。这是降低表面粗糙度值的好方法。

      （2）增大刀具前角，减小切削变形。

      （3）减小切削层厚度，采用小的进给量或小的主偏角。

      （4）研磨刀具前面，减小摩擦；使用高效率切削液。

      二、已加工表面的冷硬现象

      1、加工硬化产生的原因

      切削加工过程中，表面层材料在力的作用下产生塑性变形，使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，晶粒被拉长、破碎和纤维化，阻碍了金属进一步变形而使金属强化，硬度显著提高。 金属的塑性变形越大，加工硬化越严重。

      2、加工硬化对零件使用性能的影响

      切削加工过程中，已加工表面产生表面层冷作硬化的同时，常常伴随着表面层产生残余应力和细微裂纹。表面层为残余拉应力的加工硬化，在冷硬使零件表面层显微硬度提高的同时，残余拉应力将使细微裂纹扩展而引起零件的疲劳强度下降，影响零件使用寿命，因此，希望表面层为拉应力的加工硬化程度越小越好。表面层为残余压应力的加工硬化，能提高已加工表面的硬度和强度，并能延缓和阻止裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度和耐用度。