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

2 刀具對環槽兩側擠壓量的計算切削過程中的摩擦包含兩方面的內容：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。

根據摩擦力方向與摩擦相對運動方向相反的原則可以判斷：作用在刀具上的刀—工摩擦區和刀—屑摩擦區的摩擦力方向，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F0 ，它是刀—屑摩擦區和刀—工摩擦區的分界點。在它的兩側， 摩擦力方向相反。既然F0 點是前刀面和后刀面相反方向摩擦力的轉折點，該點處的摩擦力必然為零。如果取該點處切屑的一個微單元來進行分析，可以看出：刃口鈍圓的切線方向即為摩擦力方向。但在F0 點摩擦力為零，由此可以推斷在F0 點平行和垂直于該點切線的兩個方向上的切應力均為零。按最大剪應力方向與主應力方向的夾角為45°的原則，并考慮到在切屑與工件母體分離點的剪切滑移方向應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， 即為刀—工摩擦區和刀—屑摩擦區的分界點。設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 新磨的硬質合金刀具rn= 18～32μm，此時的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°，所以刀具兩側副后刀面與已加工表面之間接觸面積大，摩擦嚴重。刀尖在切削過程中切削時間最長，切削狀況最惡劣，摩擦、磨損最嚴重。副后刀面與工件的摩擦情況大致可分兩段來認識：靠近刀尖部分的副切削刃由于承擔金屬切除任務，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重，并且在連續切削的過程中，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。在離刀尖較遠處， 副切削刃主要擔負著切除過高的表面粗糙度凸峰的任務， 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—工摩擦必然會引起刀具的磨損。靠近刀尖處的副后刀面磨損后，必然導致后續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， 總的規律是離刀尖處由近至遠逐漸減少。  精切活塞環槽時， 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槽側面表面粗糙度主要是刀具刃口微觀不平的復印。對于新制成的刀具，其寬度可認為是處處相等的，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，切削時間最長，磨損最速度最快。離刀尖越遠， 切削時間越短， 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， 留給遠離刀尖處的副后刀面的擠壓量逐漸加大，當D>0.3 rn時，副切削刃便參與切削，同時副后刀面的擠壓量達到最大值。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，切削液難以到達刀- 工接觸區。此段副后刀面對環槽側面的擠壓嚴重，已加工表面塑性變形大，刀具對環槽兩側面的熨壓效果較差。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，副后刀面對環槽兩側面的熨壓效果較好。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、l2兩段所對應的已加工表面質量由于所受到的擠壓程度不同也有所不同， l1段與l2段對應的已加工表面之間有明顯界限，左側是l2段對應的已加工表面，右側是l1段對應的已加工表面。  刀刃鈍圓半徑與切削、擠壓余量大小也有密切關系。根據前文最大擠壓量計算公式，隨著刀具的磨損，刃口鈍圓半徑不斷加大，副后刀面對環槽側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—工接觸區溫度不斷升高。當擠壓量增大到一定程度時，將引起加工過程中環槽兩側的刀—工摩擦面上出現滯流與冷焊，從而導致已加工表面出現鱗刺，使已加工表面質量惡化。 

4 刀具對環槽兩側面的熨壓機理刀具兩側副后刀面對環槽兩側面的熨壓機理隨著熨壓層厚度的變化而有所不同。熨壓層厚度較小時，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行切削、劃擦，若刀具副后刀面上微觀凸峰的切削厚度達到臨界值，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行耕犁，迫使被耕犁的凸峰向周邊波谷流動， 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。由于環槽兩側對稱，環槽兩側與刀具兩側接觸區容讓條件很差，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一步增加，刀具兩側副切削刃前方出現切削層金屬的隆起、滯流，此時刀—工接觸面上正壓力、摩擦力及擠壓層塑性變形均達到最大值，已加工表面晶粒大量破碎并且開始出現細小的鱗刺，肉眼看上去亮度較差，出現蒼白的已加工表面。

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， 刀具兩側副切削刃前方隆起、滯流現象越來越嚴重。隆起高度超過臨界值的部分即變為切屑。此時流入刀—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裂后形成的新鮮表面。在此情況下， 刀—工接觸面極易發生冷焊現象。冷焊現象發生后，已加工表面質量急劇惡化，刀具失效。

5 結束語綜上所述，精切活塞環槽過程中，隨著刀具的逐漸磨損，刀尖圓弧及刀刃鈍圓半徑不斷增加，從而導致刀具兩側副后刀面對環槽兩側面熨壓量的增加。刀具對環槽兩側的熨壓(或擠壓與摩擦) 分為三個階段：第一階段主要是刀具兩側面對環槽兩側面進行峰點式熨壓，熨壓后表面光亮，第二階段主要是刀具兩側面對環槽兩側面進行面接觸式的熨壓，熨壓后表面蒼白，該階段對應于l1段，第三階段是刀具兩側面對環槽兩側面的擠壓過程中出現大面積冷焊現象，此時刀具因不能保證已加工表質量而失效。  在生產實踐中，上述第一、第二階段在刀具壽命周期內一般都會出現，第三階段是否出現與刀具刃磨質量、切削用量參數等因素有關。多數情況下第三階段出現之前刀具因寬度方向磨損已失效。