1 引言 鋁活塞環(huán)槽精切加工過程中利用刀具兩側(cè)的副后刀面對環(huán)槽兩側(cè)面的熨壓(或擠壓) 是提高環(huán)槽兩側(cè)表面粗糙度的重要措施。因此，精切環(huán)槽的刀具副偏角一般設(shè)計(jì)成零度，且兩側(cè)的副切削刃各有一條零度后角的刃帶，以增加熨壓效果。研究刀具兩側(cè)的副后刀面對環(huán)槽兩側(cè)面的熨壓對提高加工質(zhì)量、延長刀具壽命有重要意義。 

2 刀具對環(huán)槽兩側(cè)擠壓量的計(jì)算切削過程中的摩擦包含兩方面的內(nèi)容：一是刀具前刀面與切屑底層之間的摩擦，簡稱刀—屑摩擦；二是刀具后刀面與工件已加工表面之間的摩擦，簡稱刀—工摩擦。

根據(jù)摩擦力方向與摩擦相對運(yùn)動(dòng)方向相反的原則可以判斷：作用在刀具上的刀—工摩擦區(qū)和刀—屑摩擦區(qū)的摩擦力方向，均為背離刀具刃口的方向。因此，在刃口鈍圓部分必然存在某一點(diǎn)F0 ，它是刀—屑摩擦區(qū)和刀—工摩擦區(qū)的分界點(diǎn)。在它的兩側(cè)， 摩擦力方向相反。既然F0 點(diǎn)是前刀面和后刀面相反方向摩擦力的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，該點(diǎn)處的摩擦力必然為零。如果取該點(diǎn)處切屑的一個(gè)微單元來進(jìn)行分析，可以看出：刃口鈍圓的切線方向即為摩擦力方向。但在F0 點(diǎn)摩擦力為零，由此可以推斷在F0 點(diǎn)平行和垂直于該點(diǎn)切線的兩個(gè)方向上的切應(yīng)力均為零。按最大剪應(yīng)力方向與主應(yīng)力方向的夾角為45°的原則，并考慮到在切屑與工件母體分離點(diǎn)的剪切滑移方向應(yīng)與切削速度方向一致，則可以確定在刃口鈍圓上切線方向與切削方向成45°的那一點(diǎn)， 即為刀—工摩擦區(qū)和刀—屑摩擦區(qū)的分界點(diǎn)。設(shè)切削刃刃口鈍圓半徑為rn ， 則最大擠壓余量Dacm為： Dacm=rn(1-cos45°)≈0.3rn 新磨的硬質(zhì)合金刀具rn= 18～32μm，此時(shí)的Dacm約為5.4～9.6μm。 

3 刀具磨損對擠壓與微切削過程的影響切槽刀的副偏角為0°，所以刀具兩側(cè)副后刀面與已加工表面之間接觸面積大，摩擦嚴(yán)重。刀尖在切削過程中切削時(shí)間最長，切削狀況最惡劣，摩擦、磨損最嚴(yán)重。副后刀面與工件的摩擦情況大致可分兩段來認(rèn)識(shí)：靠近刀尖部分的副切削刃由于承擔(dān)金屬切除任務(wù)，所以靠近刀尖處的副后刀面在切削過程中與工件的擠壓最嚴(yán)重，并且在連續(xù)切削的過程中，后刀面始終與新鮮金屬擠壓、擦拭，因此刀—工摩擦面上壓力大， 摩擦力大。在離刀尖較遠(yuǎn)處， 副切削刃主要擔(dān)負(fù)著切除過高的表面粗糙度凸峰的任務(wù)， 副后刀面對已加工表面起擠壓、熨平的作用。這部分后刀面與已加工表面基本上是峰點(diǎn)式接觸， 在切削液作用下兩者表面都能受到較好的潤滑， 因此刀—工摩擦面上壓力較小，摩擦力較小。

刀—工摩擦必然會(huì)引起刀具的磨損。靠近刀尖處的副后刀面磨損后，必然導(dǎo)致后續(xù)副切削刃參與對已加工表面的切削及其副后刀面對已加工表面擠壓余量的增加。由此可見，刀具兩側(cè)副切削刃的切削余量和副后刀面與已加工表面之間的擠壓余量大小各處不等， 總的規(guī)律是離刀尖處由近至遠(yuǎn)逐漸減少。  精切活塞環(huán)槽時(shí)， 鋁合金塑性較大，切削速度較高(一般大于200m/min)，刀尖處的切削刃切出的環(huán)槽側(cè)面表面粗糙度主要是刀具刃口微觀不平的復(fù)印。對于新制成的刀具，其寬度可認(rèn)為是處處相等的，刀尖處的副切削刃及副后刀面在切削過程中將微觀不平誤差不斷復(fù)印到已加工表面。在其后的切削過程中，刀尖處的副切削刃初切出的表面的微觀凸峰不斷地被后續(xù)副切削刃及其副后刀面上的凸峰削平或熨平。刀尖部分受力最大，切削時(shí)間最長，磨損最速度最快。離刀尖越遠(yuǎn)， 切削時(shí)間越短， 磨損也越慢。因此，刀具投入使用后，刀尖很快磨損， 刀尖圓弧半徑逐漸變大，副切削刃各處不均勻磨損導(dǎo)致刃口形狀逐漸變成了梯形。磨損后刀尖處圓弧半徑變大的照片。隨著刀尖處副切削刃徑向磨損量D的增加， 留給遠(yuǎn)離刀尖處的副后刀面的擠壓量逐漸加大，當(dāng)D>0.3 rn時(shí)，副切削刃便參與切削，同時(shí)副后刀面的擠壓量達(dá)到最大值。此段在切削加工過程中，既有微切削，又有后刀面對工件已加工表面的擠壓，擠壓層厚度理論上達(dá)到最大值0.3 rn，刀- 工接觸面以面接觸為主，切削液難以到達(dá)刀- 工接觸區(qū)。此段副后刀面對環(huán)槽側(cè)面的擠壓嚴(yán)重，已加工表面塑性變形大，刀具對環(huán)槽兩側(cè)面的熨壓效果較差。由于副后刀面的最大磨損量小于或等于0.3rn，理論上沒有微切削現(xiàn)象，只有刀具對工件已加工表面的擠壓，并且擠壓層厚度較小。此段刀- 工接觸面以點(diǎn)接觸為主，在切削液作用下兩者表面都能受到較好的潤滑，副后刀面對環(huán)槽兩側(cè)面的熨壓效果較好。由于l1段與l2段刀具副后刀面對已加工表面的擠壓層厚度不等，兩段刀具副后刀面所受正壓力大小不同，因此摩擦力大小不同， 磨損速度也不同。隨著刀尖磨損量的增加， l1逐漸增長， l2逐漸減小。l1、l2兩段所對應(yīng)的已加工表面質(zhì)量由于所受到的擠壓程度不同也有所不同， l1段與l2段對應(yīng)的已加工表面之間有明顯界限，左側(cè)是l2段對應(yīng)的已加工表面，右側(cè)是l1段對應(yīng)的已加工表面。  刀刃鈍圓半徑與切削、擠壓余量大小也有密切關(guān)系。根據(jù)前文最大擠壓量計(jì)算公式，隨著刀具的磨損，刃口鈍圓半徑不斷加大，副后刀面對環(huán)槽側(cè)面的最大擠壓量也不斷增加，從而引起副后刀面上壓力、刀—工摩擦力以及刀—工接觸區(qū)溫度不斷升高。當(dāng)擠壓量增大到一定程度時(shí)，將引起加工過程中環(huán)槽兩側(cè)的刀—工摩擦面上出現(xiàn)滯流與冷焊，從而導(dǎo)致已加工表面出現(xiàn)鱗刺，使已加工表面質(zhì)量惡化。 

4 刀具對環(huán)槽兩側(cè)面的熨壓機(jī)理刀具兩側(cè)副后刀面對環(huán)槽兩側(cè)面的熨壓機(jī)理隨著熨壓層厚度的變化而有所不同。熨壓層厚度較小時(shí)，刀具與工件表面微觀凸峰相互接觸，切削過程中刀具副后刀面上微觀凸峰對工件表面上較高的微觀凸峰進(jìn)行切削、劃擦，若刀具副后刀面上微觀凸峰的切削厚度達(dá)到臨界值，則形成碎小切屑；否則，刀具副后刀面表面凸峰只對工件已加工表面凸峰進(jìn)行耕犁，迫使被耕犁的凸峰向周邊波谷流動(dòng)， 從而降低已加工表面微觀凸峰高度。在這一階段中，刀—工接觸面以峰點(diǎn)之間的接觸為主，因此摩擦力較小，工件表面材料變形小。隨著熨壓層厚度的增加，刀—工接觸面上的縫隙被填滿。由于環(huán)槽兩側(cè)對稱，環(huán)槽兩側(cè)與刀具兩側(cè)接觸區(qū)容讓條件很差，從而使刀—工接觸面上正壓力急劇升高，被擠壓層金屬塑性變形加劇。隨著熨壓層厚度的進(jìn)一步增加，刀具兩側(cè)副切削刃前方出現(xiàn)切削層金屬的隆起、滯流，此時(shí)刀—工接觸面上正壓力、摩擦力及擠壓層塑性變形均達(dá)到最大值，已加工表面晶粒大量破碎并且開始出現(xiàn)細(xì)小的鱗刺，肉眼看上去亮度較差，出現(xiàn)蒼白的已加工表面。

在切削加工過程中，隨著刀具的磨損，刀具刃口鈍圓半徑也逐漸增大， 從而使最大擠壓層厚度逐漸增大， 刀具兩側(cè)副切削刃前方隆起、滯流現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。隆起高度超過臨界值的部分即變?yōu)榍行肌４藭r(shí)流入刀—工擠壓面的已不再是具有潤滑油膜的已加工表面， 而是副切削刃前方滯流層底下導(dǎo)裂后形成的新鮮表面。在此情況下， 刀—工接觸面極易發(fā)生冷焊現(xiàn)象。冷焊現(xiàn)象發(fā)生后，已加工表面質(zhì)量急劇惡化，刀具失效。

5 結(jié)束語綜上所述，精切活塞環(huán)槽過程中，隨著刀具的逐漸磨損，刀尖圓弧及刀刃鈍圓半徑不斷增加，從而導(dǎo)致刀具兩側(cè)副后刀面對環(huán)槽兩側(cè)面熨壓量的增加。刀具對環(huán)槽兩側(cè)的熨壓(或擠壓與摩擦) 分為三個(gè)階段：第一階段主要是刀具兩側(cè)面對環(huán)槽兩側(cè)面進(jìn)行峰點(diǎn)式熨壓，熨壓后表面光亮，第二階段主要是刀具兩側(cè)面對環(huán)槽兩側(cè)面進(jìn)行面接觸式的熨壓，熨壓后表面蒼白，該階段對應(yīng)于l1段，第三階段是刀具兩側(cè)面對環(huán)槽兩側(cè)面的擠壓過程中出現(xiàn)大面積冷焊現(xiàn)象，此時(shí)刀具因不能保證已加工表質(zhì)量而失效。  在生產(chǎn)實(shí)踐中，上述第一、第二階段在刀具壽命周期內(nèi)一般都會(huì)出現(xiàn)，第三階段是否出現(xiàn)與刀具刃磨質(zhì)量、切削用量參數(shù)等因素有關(guān)。多數(shù)情況下第三階段出現(xiàn)之前刀具因?qū)挾确较蚰p已失效。