铣削,作为现代制造业中最核心的加工方式之一,其本质是一个动态、复杂且循环往复的物理过程。它远非“刀具旋转并切除材料”那么简单。理解铣刀从接触工件到完成切削的完整过程,对于优化加工参数、提升表面质量、延长刀具寿命至关重要。这个过程可以分解为四个紧密相连的阶段:切入、切削、分离和循环,下面众业达小编就为大家介绍下。
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一、第一阶段:切入
冲击载荷:特别是对于断续切削的铣刀(如面铣刀、立铣刀),切削刃每次切入都相当于一次微小的高速冲击。如果切入角度不当或进给量过大,会产生巨大的冲击力,极易导致刀尖崩裂。
初始挤压与滑擦:在切削刃尚未完全切入材料达到有效切削厚度时,会存在一个短暂的挤压和滑擦阶段。这不仅会加剧刀具磨损,还会产生大量摩擦热,是影响刀具寿命的关键因素之一。
切屑形成的起点:随着刀具继续前进,材料应力超过其屈服极限,切削刃开始真正地“剪切”材料,第一片切屑开始形成。
二、第二阶段:切削
剪切变形:铣削的本质是剪切。切削刃并非“挖走”材料,而是像一个楔子,对材料层施加巨大的剪切力,使其沿着一个称为“剪切面”的方向发生滑移和变形,最终形成切屑。
三个变形区:
第一变形区:即剪切区,材料发生塑性变形,形成切屑。这是切削力和热量的主要来源。
第二变形区:切屑沿着刀具前刀面高速流出时,与前刀面发生剧烈摩擦,产生二次高温和磨损。
第三变形区:已加工表面与刀具后刀面接触,产生摩擦和挤压,影响表面质量和刀具后刀面磨损。
热量积聚:切削过程中产生的大量热量,大部分被切屑带走,一部分传入刀具和工件。热量积聚是导致刀具磨损(如月牙洼磨损、热裂纹)和工件热变形(影响尺寸精度)的主要原因。
三、第三阶段:分离
应力释放:切削刃对材料的作用力瞬间消失,工件和刀具都得到短暂的“休息”。
热量消散:虽然切削刃离开切削区,但其本身仍处于高温状态。在旋转到再次切入工件的空行程中,会有部分热量通过辐射或与空气/冷却液的对流而散失。这个冷却时间的长短,直接影响刀具在下一轮切入时的温度状态。
切屑断裂与排出:在离心力和重力的作用下,切屑从刀具和工件上脱离,并顺利排出。如果排屑不畅,切屑可能会被再次带入切削区,造成二次切削,划伤已加工表面或损坏刀具。
四、第四阶段:循环
切削力的周期性波动:每个切削刃的切入和切出,都会引起切削力的周期性变化,这是铣削过程中产生振动(颤振)的根本原因之一。
热冲击:切削刃在切削时承受高温,在分离时温度下降,这种反复的温度骤变(热冲击)是导致硬质合金等脆性刀具材料产生疲劳裂纹甚至断裂的重要原因。
平均载荷与瞬时载荷:我们通常关注的切削力是平均值,但每个切削刃在切入瞬间承受的瞬时载荷远高于此。因此,在选择刀具和设定参数时,必须考虑这种峰值冲击。
铣刀的切削过程是一个由切入、切削、分离和循环四个阶段组成的动态交响曲。每一个阶段都伴随着复杂的物理现象,并直接影响最终的加工结果。只有洞悉其内在规律,从被动的“加工”转变为主动的“控制”,才能真正驾驭铣削技术,实现高效、精密、稳定的现代化生产。
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