通过铝合金的切削实验，观察加工过程中产生的现象，测量并记录加工区域的温度和堆积切屑的大小，从而了解并确认这种材料的加工特性。铝合金材料种类繁多，不同铝合金材料产生的切屑块切削条件也不同。为了合理选择铝合金材料及其切削条件，以便经济有效地完成金属切削，有必要了解常用铝合金材料产生切屑团的条件和过程。本实验选取几种铝合金材料作为试验材料，进行实验，了解铝合金材料切削过程中切屑堆积的一些规律和变化。在本实验研究中，测量并记录了每次切削过程结束时切屑块的大小和试样的温度，以确定切屑块与切削温度和切削速度之间的关系。

1 试验材料与试验方法

试验材料为铝合金，包括LY12(GB/T3190新牌号：2A12)、7009A、6061(GB /T3190新牌号)。LY12和7009A的材料性能如表1和表2所示。另外，6061的材料硬度为85 ~ 95 Hz。这些材料是常用的。表1抗拉强度MPa屈服强度MPa伸长率%硬度HB4653702120表2抗拉强度MPa屈服强度MPa伸长率%硬度HB3502808110~120图1加工前后的试样用于切削试验的试样如图1所示。虽然毛坯直径不同，但在切割试验中，基本保证了相同的外径、切割长度和相关切割参数。为了便于试验操作和测量，选用C6140普通车床作为切割机。刀具材料为常用高速钢W18Cr4V，切削进给速度为0.153mm/r，背吃刀量为2.5mm，试验中基本保证了刀具材料和刀具角度的一致性。切削温度是指切削区域温度，但由于测量的难度，本试验以每次刀具加工结束时试件切削层的实测温度作为切削温度。虽然与实际温度不同(切削温度有时高30 ~ 50，还有一些铝合金氧化等因素)，但作为温度变化的规律应该是可取的。实验中采用发射率可根据不同材料进行调节的SL-305红外测温仪作为温度测量仪器，其测量范围为-40 ~ 500。为了避免发射率的影响，根据厂家提供的不同材料的发射率对应表进行了合理的选择，选择铝合金的发射率为0.3。环境温度为21.5。同时，为了验证高速切削时是否以及如何产生碎屑块，在转速为560转/分的条件下进行切削试验。

2 试验结果与分析

切屑堆积与切削温度、加工体积、切削速度的关系切屑堆积与切削温度的关系由于每次切削直径减小22.5mm=5mm，转速不变，切削速度降低。同时，虽然背面切削量为2.5mm，但由于切削直径减小，切削面积减小，每次切削过程的长度也减小，因此切削量和切削时间也逐渐减少。所以刀具的磨损、发热、切削热都会有所不同。这些都会在不同程度上影响碎片瘤的大小和形成。图2切屑尺寸与切削温度的关系图3切屑尺寸与切削速度的关系图4切屑尺寸与切削体积的关系图2示出了切屑尺寸与切削温度的关系，示出了LY12、7009A和6061铝合金的切屑尺寸与切削温度的关系。这里切屑块的大小是前刀面上切屑块的高度。可以看出，虽然图形中有一些波动，但除了7009A的曲线减小外，切屑块的尺寸随着切削温度的升高而增大。061整体比LY12大，粘刀比较严重，容易形成芯片瘤。而7009A随着温度的升高呈现下降趋势

切屑尺寸与切削速度和切削体积的关系分别如图3和图4所示。虽然三种材料的情况不同，但总体来看，每种材料的切屑块大小都是随着切削速度和切削体积的增大而增大，然后随着切削速度和切削体积的增大而减小，中间部分的值较大。这种现象与上述切削区温度，即切削热有关。当切削速度较高时，由于良好的排屑，切屑带走了大量切削热。切削速度较低时，热值相对较低，因此切屑结块较小。出于同样的原因，切屑尺寸和切削体积之间的关系是相似的。这是因为在这个切割实验中，切割体积大时，切割直径也大，切割速度也高；否则就是低。6061铝合金比LY12具有更大的尺度，并且在很宽的范围内显示出更大的尺度。这是因为6061粘性很大。粘度高，切削摩擦大，所以在加工过程中切削温度总是很高，很难降低，所以切屑结块大。7009A的情况比较特殊，碎片瘤大，但是脱落。这是由于芯片缠绕严重。另外用7009A在560r/min的转速条件下进行高速切削试验，发现在此条件下不易产生切屑结块。这是因为，当转速高于一定程度时，即使切削直径变小，切削速度仍会保持较高值，切屑排出保持良好，切削区温度不易上升，切屑粘结得到缓解。从以上分析可以得出，在转速一定、背切量一定的情况下，影响切屑块大小的基本原因与工件的直径和加工体积、切削线速度有关，更重要的是与切削温度有关。随着切削温度的升高，切屑块的尺寸增大，但随着切削速度的增加，切屑块由小变大再由大变小，即达到峰值时，随着切削速度的增加而减小。它的峰值办公室

对应的切削速度随材料的不同而不同。即当切削速度高于一定值时，积屑瘤将不易产生，这是由于当切削速度较高时切削热大部分都被切屑带走，同时由于速度加快，刀具前刀面与切屑底部滞留层之间的摩擦力比较小的缘故。而在低速时，由于背吃刀量一定且不大，单位时间内的金属切削体积少，所以发热量也少，因此，积屑瘤产生也相对小。虽然几种材料材质有所不同，毛坯直径也略有不同，但从它们的规律来看，还是比较一致的。a)LY12-Ø40时的积屑瘤c)LY12-Ø15切屑b)LY12-Ø15时的积屑瘤图5 LY12积屑瘤图a)7009A-Ø50时的积屑瘤c)7079A-Ø15切屑b)7009A-Ø15时的积屑瘤图6 7009A积屑瘤图加工过程中的积屑瘤 图5、图6所示是以上各种材料在不同切削直径时相对应的积屑瘤图，其中包括各个加工阶段的积屑瘤状况以及各加工阶段的切屑状况。图5a、图5b分别为铝合金LY12在加工直径为Ø40和Ø15时的积屑瘤状况图。 从图5可见，工件直径较小时，积屑瘤则比较明显。根据上述解释，积屑瘤大小有所不同是由于切削体积和切削温度的不同所致，当加工试验件直径大时，则切削速度高，排屑相对较好，积屑瘤形成相对缓慢，反之直径较小，切削速度较小，排屑较差，切削区温度较高，积屑瘤较易形成。 从图6可以明显看出，工件直径小时，积屑瘤明显较大。事实上，随着直径的变小，切屑由扁平变成卷曲，切屑始终断屑困难，导致切削区温度上升，易于形成积屑瘤，该结果与其延伸率有关。 图7所示是铝合金6061的积屑瘤图。 图7可以看到，积屑瘤带有一点尾巴，显示了积屑瘤黏结叠加的真实过程、状况。无论直径大还是小，都有积屑瘤形成。

3 结语

本次试验主要是通过对铝合金材料进行切削加工，了解积屑瘤产生的过程及影响因素；经过反复多次的试验，取得了一些试验性资料。总括以上内容，得出本次试验的结论如下。

a)6061-Ø60积屑瘤b)6061-Ø45积屑瘤a)6061-Ø15积屑瘤图7 6061积屑瘤图积屑瘤大小与切削区温度成正比。 与切削钢件类似，切削铝合金时，转速越高越不易产生积屑瘤，而在中转速情况下则极易产生积屑瘤，即积屑瘤的产生与转速有关。这是因为低转速产生热量少，而高转速通过切屑带走热量多，所以只有中转速切削区温度易升高，积屑瘤易产生。定义转速的高低与每种材料有关。 积屑瘤的大小与加工体积有关。以上结论基本上与以往的研究或教科书中所介绍的知识一致。另外，积屑瘤的产生与摩擦有关，而材料的摩擦力则随材料各不相同，如铝合金7009A，其延伸率为8% ，高于LY12的2%，而强度和硬度都低于LY12，韧性高，在切削加工时由于摩擦产生的热量比较多，故积屑瘤也大。从而得出，LY12相对其他两种铝合金材料，同样条件下产生的积屑瘤较小，切削性能较好。