什麼是建成區邊緣雜訊(BUE)?

堆積邊緣

在數控加工過程中,當以低速或中速切削鋼、鋁或其他延展性金屬時,少量金屬屑可能會黏附在刀具的前刀面上。這種黏附的金屬屑稱為積屑瘤(BUE)。但是,您知道積屑瘤是如何形成的嗎?它對加工過程又有什麼影響呢?

結締組織邊緣(BUE)的成因

日期 數控加工延展性材料 例如,在切削速度相對較低的情況下加工鋼材時,由於會形成連續切屑,通常會在切削刃附近的刀具前刀面上黏附一個三角形楔形金屬塊。這種黏附的金屬塊稱為積屑瘤(BUE),如圖所示。積屑瘤的硬度極高,通常是工件材料硬度的2-3倍。當積屑瘤達到穩定狀態時,它可以暫時取代切削刃進行切削。積屑瘤的大小通常以其高度表示,記為H_b。

在切削過程中,切屑底面與刀具前刀面之間會產生劇烈摩擦。當接觸界面在高壓下達到一定溫度時,工件材料會透過黏附作用附著在前刀面上,這種現像也稱為「冷焊」。隨著切屑不斷流過粘附的金屬層,如果溫度和壓力保持適宜,切屑底部的材料也會受到阻礙,粘附在前刀面上先前形成的冷焊層上。結果,黏附層逐漸增厚,最終形成積屑瘤。

積屑瘤的形成和生長與工件材料的性能以及切削區內的溫度和壓力分佈密切相關。加工硬化傾向較強的材料更容易產生積屑瘤。當切削區溫度和壓力過低時,不會形成積屑瘤。相反,當溫度過高時,材料軟化,也會抑制積屑瘤的形成。對於碳鋼,當切削區溫度約為300-350℃時,積屑瘤高度達到最大值;而當溫度超過500℃時,積屑瘤會自動消失。

當切削深度(a_p)和進給速度(f)保持不變時,積屑瘤高度(H_b)與切削速度(v_c)密切相關,因為切削過程中產生的熱量隨切削速度的增加而增加。如圖所示:

  • 區 I:低速區,無 BUE 形成
  • 區域 II:BUE 高度隨 (v_c) 的增加而增加
  • 區域 III:隨著 (v_c) 的增加,BUE 高度降低
  • 第四區:無BUE表格

建成區邊緣的影響

(1)有效前傾角增大

黏附在刀具前刀面上的積碳有效地增加了刀具的實際前角(見圖),從而降低了切削力。

(2)切削厚度的變化

BUE 的前部延伸超過切削刃,使實際切削厚度增加 ( Δ h_D)。隨著BUE的成長,( Δ h_D)逐漸增加。一旦積鉛從耙齒面上脫落或分離,( Δ h_D)迅速減少。由於積屑瘤的形成、生長和脫落呈週期性發生,切削厚度的波動不可避免地會導致切削力的變化。

(3)表面粗糙度增加

超出切削刃的積屑瘤部分形狀和高度均不規則,這會增加加工表面的粗糙度。此外,脫落的積屑瘤碎片可能嵌入加工表面,進一步降低表面品質。

(4)對刀具壽命的影響

附著在刀具前刀面上的穩定積屑瘤可以在加工過程中暫時取代切削刃,從而減少刀具的直接磨損並延長刀具壽命。然而,如果積屑瘤反覆從前刀面上脫落,它可能會帶走前刀面上的刀具材料顆粒——尤其是在硬質合金刀具中——從而導致磨損加劇並縮短刀具壽命。

防止積聚邊緣的措施

積屑瘤對切削過程的影響既有益處也有弊端。在粗加工過程中,由於尺寸精度和表面光潔度要求相對較低,積屑瘤可以起到暫時切削刃的作用,輔助切削過程。然而,在精加工過程中,必須盡可能減少或消除積屑瘤,以確保尺寸精度和表面完整性。

可採取以下措施抑制BUE的形成:

  1. 正確選擇切削速度,避免在中速範圍內產生積屑瘤。
  2. 使用潤滑性能優異的切削液,以減少切屑底面與刀具前刀面之間的摩擦。
  3. 增加刀具前角,以減少刀具前刀面與切屑之間的壓力。
  4. 適當提高工件材料的硬度,以降低其加工硬化傾向。

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弗羅德·胡

胡福德擁有四川大學機械工程學士學位,在產品開發和製造方面擁有超過5年的經驗。他從事技術內容創作,現居中國東莞。

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