金属切削摩擦理论解析

积屑瘤 

工件材料粘附在刀具前刀面时，最初只是形成薄薄的粘附层，随着不断积累，粘附层逐渐变厚。该过程会导致一种称为积屑瘤的负面现象。如果大量的材料积累在刀具上，会改变切削刃的形状。累积的材料还可能导致切削刃断裂和损坏。在最坏的情况下，积屑瘤可能沉积在工件上。在上述任何情况下，积屑瘤都会使切削过程变得不可预测和不可控制。摩擦学的主要研究对象是了解什么原因造成积屑瘤，以及可以采取什么措施来尽可能减少此问题。 

切削过程的 2 个方面对切屑粘附在前刀面上起了推动作用。一个因素是切削区内非常高的压力和温度。另一个因素是切屑在整个刀具前刀面上的运动速度相对较慢，而且最初在停滞点处的速度为零。当 2 种材料在高压和高温下彼此接触且缓慢移动时，很容易导致它们互相粘附在一起并形成积屑瘤。 

为了减少粘附和形成积屑瘤的机会，需要缩短切屑与前刀面之间的接触时间。最直接的解决办法是提高切割速度和使用更锋利的刀具。更快的切削速度可以减少刀具和工件材料之间的接触时间。由此产生的更高工艺温度还可以降低积屑瘤的强度，或者完全消除积屑瘤。更锐利的刀具拥有更大的偏角，这会迫使切屑在一定的时间内移动更长的距离，即移动更快。

材料倾向性 

最近，摩擦学引起了人们的注意，这主要是因为与 20 年前加工的工件材料相比，现代材料中形成积屑瘤的机率大大增加。例如，在人们熟悉的高碳钢等材料中，虽然会发生积屑瘤现象，但问题不太严重。采用正确的加工参数通常可以消除粘附并阻止积屑瘤的形成。此外，在切屑非常短的铸铁等材料中，不存在积屑瘤问题。另一方面，在长切屑的材料中，切屑和刀具之间自然存在较长的接触时间，因此造成更大的粘附风险。在加工低碳钢、铝合金等材料时，产生积屑瘤的可能性更大。 

当加工具有高韧性、高附着力倾向和高磨蚀性的材料时，最容易产生积屑瘤。典型的例子是航空航天和能源行业中使用的一系列材料，包括钛合金、镍基合金和耐热金属。促使积屑瘤形成的其它因素是在加工这些热传导性较差的坚硬材料时产生的高压和高温。而且，这些材料的切削速度通常比平均速度慢一些。 

除了最大限度地提高切削速度和刀具的锋利度外，还有一些其他的方法常用来控制积屑瘤发生，这些方法主要关注刀具的表面条件。令人有些惊讶的是，在这一主题上有两个截然相反的思想流派。一种方法认为，如果刀具表面比较光滑，切屑在滑过刀具表面时会产生较少的热能。较低的温度和较少的接触会降低形成积屑瘤的机率。与该理论相反的另一种概念是，粗糙的刀具表面上存在微米级的突起或特征，这将导致切屑和前刀面之间接触较少，从而减少粘附的机会。这两种方法都得到了充分的证明，并且在某些情况下是有效的。