鳞刺对表面质量的影响及抑制措施 作者:softfans 时间:2007-6-5 14:23:00
第 1 楼
1 鳞剌现象
金属材料在切削过程中，往往在零件表面上出现不同程度的鳞刺现象，而且因材料不同、切削用量不同、刀具刃几何角度不同，表现出来的鳞刺高低程度也不同。有资料表明，在较低的切削速度下，用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金属材料时，在车、刨、插、钻、拉、滚齿、车螺纹、铰螺纹、板牙等加工工序中，都可能出现鳞刺。鳞刺对零件表面质量有严重影响，使零件表面层产生残余应力，进而使零件表面容易产生微裂纹，降低零件的疲劳强度。对于装配零件，装配后，实际接触表面减小、接触刚度降低，影响机器的工作精度。由此可知，鳞刺是切削加工中获得较好的表面质量的一大障碍。
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图1 鳞刺形成过程各阶段示意图
2 鳞刺的形成过程及原因
鳞刺形成的开始是抹拭阶段，这时前一鳞刺已经形成，新鳞刺还未出现，切屑沿着前刀面流出，切屑以刚切离的新鲜表面抹拭刀的前面，将前刀面上起润滑作用的吸附膜逐渐拭净，切屑和前刀面的摩擦系数逐渐加大，切屑底层金属流速降低，金属纤维被拉长，出现“滞流”现象，当接触面间切削刃处的压力、温度增加到一定程度时，切屑底层中的切应力超过材料的剪切强度，滞流层金属流速为零，此时切屑和刀具就发生冷焊现象如图1(a)所示，切屑停留在前刀面上，暂时不沿前刀面流出，且代替前刀面挤压待切削层，这时切削刃的前下方切屑与加工表面之间出现一裂口，如图1(b)所示，由于切削运动的连续性，切屑一旦滞留在前刀面上，便代替刀具继续挤压切削层，使切削层中受到挤压的金属转化为切屑，而这部分新成为切屑的金属，将逐层地积聚在起挤压作用的那部分切屑的下方，这些金属一旦积聚并转化为切屑，便立即参加挤压切削层的作用，如图1(c)所示。随着层积过程的发展，切削厚度将逐渐增大，切削力随之增大，切削抗力也随之增大，切屑沿前面流出时的水平推力也增大。
当层积金属达到一定厚度后，水平分力也随之增大到能够推动切屑重新流出的程度，于是切屑又重新开始沿前刀面流出，同时切削刃便刮出鳞刺的顶部，一个鳞刺的形成过程使告结束，紧接着又开始另一个新鳞刺的形成过程，如图1(d)所示。
从前面的鳞刺形成的过程看，金属材料尤其是塑性金属材料在切削加工过程中，导致鳞刺形成的原因是前刀面与切屑摩擦形成粘结层并逐渐堆积，切屑在刀具的前刀面上周期性地停滞，代替刀具的前刀面挤压切削层，加剧了金属的塑性变形。切削层金属的积聚，使切削层增大并向切削线以下延伸，导致切削刃前方的加工面上产生导裂，当切削力超过粘结力时，切屑流出并被切离而导裂层残留在已加工表面上形成鳞刺。需要说明的是积屑瘤对鳞刺也有影响：金属在切削加工过程中，常常有一些从切屑或工件上带来的金属层积并冷焊在前刀面上，形成硬度很高的金属块，它能代替刀面和刀刃进行切削，这一小硬块就是积屑瘤。由于积屑瘤使用其圆钝的前端挤压切削层，使切削层中的金属大部分成为切屑流出，而很小一部分周期地冷焊和层积在积屑瘤的前端，层积到一定高度后，便被积屑瘤刮顶而成为鳞刺。从另一个方面讲，积削瘤的存在，导致刀具的切削角度变化，由切削瘤代替切削刃切削，刀具的锋利程度下降，刀具变钝，更容易造成切削层在刀具的前刀面上层积，增大切削抗力，致使切削表面撕裂，形成鳞刺(如图2)，积屑瘤周期地形成鳞刺并使积削瘤前端周期地破碎(为此，积屑瘤加剧鳞刺的形成，使加工表面质量严重下降。
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图2 积屑瘤对鳞刺的影响示意图
3 切削因素的影响及抑制措施
影响鳞刺的主要因素有：切削速度、切削深度、刀具的前角、工件的材质和切削液。
切削速度
切削速度主要是通过切削温度来影响鳞刺，温度在一定范围时，刀和屑间的摩擦系数最大，容易产生切削层的层积，切削速度是影响切削温度的主要因素，在某一适中切削速度范围内容易形成鳞刺。通过实践发现，切削速度低时，开始出现鳞刺但高度较小，鳞刺的高度随着切削速度的提高而增大，达到一定速度时便减小，最后消失。
切削厚度
如果在同一切削速度下，切削厚度增大时，切削温度和力及与切屑接触长度随之增大，因此，鳞刺形成及高度随着切削厚度增大而增大。
刀具的前角
刀具的前角增大时，前刀面上的法向力减小，切削温度降低，切屑变形减小，当切削速度低时，鳞刺的高度随前角增大而下降，但切削速度高时，随着切削温度的升高，鳞刺的高度却随着前角增大而增大。
材质
在实践中发现，在较低的切削速度下，经过调质处理的工件，切削后鳞刺较大；正火处理的工件较小。但在较高的切削速度下，情况完全不一样，经调质处理的工件产生鳞刺高度较小，正火退火处理的工件较高。
切削液及其他
切削液的使用，可以有效控制切削温度，减少摩擦，采用润滑冷却性能很好的切削液可以防止和抑制鳞刺产生和生长。选用与工件材料化学亲和性差的刀具材料，也可以抑制鳞刺产生。
4 结语
综上所述，影响鳞刺的因素有很多，但不难发现，切削速度是影响鳞刺产生的关键，我们从实际生产过程中总结发现。在车螺纹、钻孔、攻丝等切削速度较低的情况下，可以采用以下措施来抑制鳞刺。减少切削深度，适当增大前角，采用润滑性能较好的冷却液，进一步降低切削速度或人工加热切削区。若在精加工表面时，切削速度较高，可以采用硬质合金刀具，并进一步提高切削速度，或将工件切削加工前作调质处理，适当减小刀具的前角等，采取这些措施的目的在于提高切削温度，抑制鳞刺的生长，达到提高表面的质量的目的。
作者:mdlike 时间:2007-6-5 14:23:00
第 2 楼
添加s、pb, se、ca等合金元素的易切削塑模钢可以较大地提高其机加工效率从而加快制模速度，有关内容在“传统加工法”结合讨论。
应用新的塑模材料。 上述特殊快速加工法的塑模一般仅适合某些制品的要求，且模具寿命偏低。
选择塑模加工方法作为规则推理的第一步，而根据相关的行业经验是进行规则推理的第二步，其结果是给出几种至近十种的钢种或合金。还需根据制品的特殊要求，如镜面性、尺寸精度等及模具的特殊要求如易切削性、补焊性等进行第三步规则推理，从而在第二步推荐的一类材料中选择出一两种更适合实际要求的塑模材料。
(2) 基于实例的推理
其“物质”，基础是在系统实例库中存放的塑模材料特别是新材料具体应用经验的实例。除了汇集成书的之外，大部分实例从近年的科技刊物等收集而来。它按钢号分类并搜索，每个实例由标题和简要内容组成，并给出文献出处。实例推理除单纯用于发现新塑模材料及尝试应用外，大部分以其实际应用情况来进一步支持规则推理选择到的材料的合理性。
三、应用举例
在中文windows2000系统下启动专家系统，用户可通过系统的导航信息进行操作。若选择“浏览”，功能，并点击“事实库”“规则库”，“实例库”按钮，便可以进入相应的浏览界面，并可记录打印感兴趣的内容，此时本系统类似一本简明的塑模材料选择与应用手册。选择，“优化”功能，便可以进行塑模材料优化选择操作。
例如，设某中型尼龙塑料构一件要求较高的强度和相当高的精度和镜面性，生产批量为50-100万件，且希望塑模的生产制造工艺过程不太复杂，并有较好的焊补性和易切削性，硬度约hrc40，为此试用专家系统的优化选材功能以求得到合适的塑模材料。在点击大规则推理优化界面的塑模制品加工法的“传统加工法”后，系统转入中规则推理页面即七大类塑料制品及批量页面。再点击第4类制品即包含尼龙类的工程塑料，且生产批量在50-100件时，系统则按前推产生式推理规则给出一批适合的钢种：h13+s、5cinimnmovsca（简称5nisca）、渗碳合金钢（含12cr2ni2、12crni3、20crmnti、20cr2ni4等）成形后渗碳淬火，而这些钢种一般都能符合制品质量及生产批量的要求。至于各种生产批量下，塑模材料选择如表2所示。
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系统随之按提示进入规则推理的第三页面，即按制品和模具的特殊性要求作小规则推理。表3给出了上述钢种的制造过程及难易程度、镜面性、表面耐磨性、尺寸精度等性能的比较。根据客户初始信息要求，虽然低碳合金钢耐磨性最高，但工艺过程复杂、变形大而不符合制品及生产要求。h13十s钢与5nisca大部分性能相似，因预硬后才加工，不必考虑热处理变形，尺寸精度高，且添加了s元素，使切削性提高。但h13仅加s影响了其镜面性，而5nisca除加s外还加ca,它使原单一硫系条状硫化物变成了纺锤状硫化物，改善了切削加工性和：图案花纹蚀刻性能，并提高了等向性能，且其焊补性也好。在页面的“帮助”按钮下，将出现上述相关说明的内容。为此，可以试选择5nisca,它是我国自行研制的新塑模钢。
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之后，进行实例推理。按钢种可检索出其多个应用实例。其中在l310透明窗模具应用中，其寿命为进口p20同类模具寿命的2.5倍；在制造磁带盒内盒模具时平均寿命达200万件，超过进口的同类模具。而且这类塑料模具有透明性高、抛光花纹蚀刻性和焊补性好等优点。为了用户便于了解5nisca的化学成分热加工热处理工艺及其机械性能；可从系统事实库中调出该钢的技术数据。如球化退火：在760～780℃加热保温、2h，660℃等温6h，硬度≤230hb。在880℃作预硬淬火，硬度61- 63hrc，并给出了按预硬硬度而采用的回火温度的数据：在保温2h条件下回火温度从575至650℃，则回火硬度从hrc46逐渐降低至hrc34。应用“存入文档”功能，可把实例推理内容与5nisca技术数据及前述的用户初始信息、规则推理结果等内容，自动装入动态数据库中。
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最后，系统给出如表4所示的用户技术文档，除了给用户对这类制品的模具材料有一个尽量合理的建议外，也方便用户对该模具的冷热加工的参数选择。
四、结论
由于塑料制品成型模具选择的复杂性材料，模具设计人员面对众多的模具材料难以综合各种因素来进行优化选择，特别是经验不足的设计人员又面对新的模具。本专家系统采用了多重规则推理和实例推理方法来选择塑模材料，使模具材料优化选择逐步深人而趋合理。系统操作结果以用户技术文档形式输出。系统以导航方式引导用户进行操作，使系统使用方便、快捷。系统中的“帮助”，对推理因果进行了详细讨论说明，使得系统透明可信。
本系统可通过数据库的扩展，不断补充新材料来加以完善。例如，优选材料还应包括非调质结构钢，经电渣重炼或粉末法生产的超纯塑模钢等其他类型的材料。还要不断地及时收人国内研究和从国外引进的新材料。使专家系统能与时俱进，及时跟踪和应用新的塑模材料。
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