金属加工中的毛刺问题

金属切削加工中的毛刺问题

王春梅

[摘要]毛刺是金属切削加工中产生的必然现象，它直接影响产品的质量，应从产品结构设计、工艺设计、刀具设计和生产管理等方面对毛刺加以控制。

关键词：金属切削加工毛刺解决措施

1.引言

长期以来，毛刺现象没有引起人们足够的重视，以至毛刺悄然影响着产品的质量。如在进行挖掘机液压系统某个零件的设计时，在技术要求中写上“去除各孔交、贯处毛刺”的字样，但有人却以加工难度大、检测不方便、增加加工成本等为由提出质疑。工人们也常常嫌麻烦忽视去毛刺工序，部分设计人员对此也不太重视，在图样上漏写“去毛刺”或“棱边倒钝”等。其实，去毛刺是一个非常重要的工序，在液压系统中，零件上的毛刺一旦脱落进入元件时就会卡死滑阀，损伤零件表面，割破软管或堵塞出液口等从而影响主机性能，甚至停机。毛刺如果掉在定位基准面上会影响加工精度；毛刺还会容易划伤工人造成不安全因素影响装配质量以及零件寿

命，如何看待和控制金属切削加工中的毛刺问题，这将直接关系到产品的质量，这里就此发表一点看法。

2．对毛刺问题的重新认识

毛刺，是指在金属（包括热加工和冷加工）切割加工过程中在切削力作用下，产生晶粒剪切滑移、塑性变形使材料挤压撕裂，导致工件表面过渡处出现各种尖角、毛边等不规则的金属部分。这里主要指的是在冷加工，即金属切削加工中的毛刺问题。毛刺是金属切削加工中产生的普遍现象之一，也是金属切削理论研究中迄今为止尚未解决好的两大难题（毛刺的生成与控制，切屑的处理与控制）之一。大家都知道金属切削加工是指从工件上切除多于金属材料的加工方法。不同的切削方法选用的刀具不同（常用的刀具有车刀、刨刀、钻头、齿轮刀具等，常见的切削加工方法有车削、刨削、钻削、磨削、铣削、齿轮加工等），切削加工虽有多种不同的方式但在很多方面（如切削时的运动、切削刀具以及切削过程的实质等）度有着共同的规律，采用不同的切削手段，毛刺的形成机理也不仅相同，毛刺的形状也不同。所以毛刺对工件质量的影响程度也不同，毛刺直接影响被加工工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。

2.1切屑的形成及切屑类型

2.1.1切屑的形成

金属的切削过程也是切屑形成的过程。如图2-Ⅱ所示，切削塑性金属时，当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在始滑移面OA 左下方发生弹性变形，愈靠近OA面，弹性变形愈大。在OA面上，

应力达到材料的屈服点，发生塑性变形，产生滑移现象。随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢，应力和

变形也逐渐加大。在终滑移面OE上，应力和

变形达到最大值。越过OE面，切削层金属将

脱离工件母材，沿着前面流出而形成切屑。

经过塑性变形的金属，其晶粒沿大致相同的

方向伸长。

在切削过程中刀具与工件接触的区域，出现三个变形区。OA与OE之间是切削层的塑性变形区，称为第一变形区或称基本变形区。基本变形区的变形量最大，常用它说明切削过程的变形情况。切屑与前面摩擦的区域称为第二变形区或称摩擦变形区。切屑形成后与前面之间存在很大的压力，沿前面流出时必然有很大的摩擦，因而使切屑底层又一次产生塑性变形。工件已加工表面与后面接触的区域称为第三变形区或称已加工表面变形区。第三变形区是已加工表面产生加工硬化和残余应力的主要原因。

2.1.2切屑的类型

当工件材料的性能、切削条件不同时，会产生不同类型的切屑，并对切削加工产生不同的影响。如图2-12所示：

（1）带状切屑使用较大前角的刀具并选用较高切削速度、较小的进给量和背吃刀量切削硬度较低的塑性材料时，切削层金属经过终滑移面OE虽然产生了较大的塑性变形，但尚未破裂即被切离母体，从而形成连绵不断的如图2-12a所示的带状切屑。切屑缠绕在刀具或工件上，会损坏刀刃，刮伤工件，且清除和运输也不方便，常成为影响正常切削的关键。为此，常在刀具前面上磨出各种不同形状和尺寸的卷屑槽或断屑槽。形成带状切屑的切削过程比较平稳，切削力波动也较小，加工表面较光洁，精度好。

（2）节状切屑一般用较小的前角、较低的切削速度加工中等硬度的塑性材料时，容易得到如2-12b所示这类切屑。当切削层金属到达OE面时，材料已达到破裂程度，被一层一层地挤裂而呈锯齿形，越过OE面后，被切离母体而形成节状切屑。由于变形较大，切削力大，且有波动，加工后工件表面较粗糙。

（3）单元状切屑切削塑性很大的材料，如铅．退火铝、纯铜时，切屑易在前面上形成粘结不易流出，产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成很大的变形单元，而成为如图2-12c所示形状的切屑。

（4）崩碎切屑在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块屑片，即为如图2-12d所示的崩碎切屑。工件愈是硬脆，愈容易产生送类切屑。产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨损，并产生振动，从而影响表面粗糙

度。

切屑的类型可以随切削条件的不同而改变，在生产中，常根据具体情况采取不同的措施来得到需要的切屑，以保证切削加工的顺利进行。例如，增大前角、提高切削速度或减小切削厚度可将节状切屑转变成带状切屑。

2.1.3积屑瘤

在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，在刀具前面靠近力刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这块金属就是一切削过程中产生的积屑瘤，或称刀瘤，如图2-13所示。

（1）积屑瘤的形成积屑瘤

是由于切屑和前面剧烈的摩擦、

粘结而形成的。当切屑沿前面流

出时，在高温和高压的作用下，切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使这上层金属的流动速度降低，形成“滞流层”。当滞流层金属与前面之闷的摩擦力超过切屑本身分子间的结合力时，就会有一部分金属粘结在刀刃附近形成积屑瘤。积屑瘤形成后不断长大，达到一定高度又会破裂，而被切屑带下或嵌附在工件表面上，影响工件表面粗糙度。此过程是重复进行的。积屑瘤的形成主要取决于切削温度，如在300～380℃切削碳钢时易产生积屑瘤。

（2）积屑瘤对切削加工的影响由于积屑瘤在形成过程中经过剧烈变形而被强化，其硬度远高于被切金属。因此可以代替刀刃进