淺析機(jī)械中材料加工和刀具選擇的重要關(guān)系

楊琳琳　李興偉　劉坤坤

摘要：機(jī)械制造業(yè)是國家工業(yè)立足的根本，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。而隨著工業(yè)的發(fā)展，制造業(yè)對材料和刀具選擇的要求也越來越高。本文主要分析了刀具和材料的性能及選用特點(diǎn)，著重說明了材料和刀具在機(jī)械加工中的重要關(guān)系。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；材料選擇；刀具選擇

引言

在現(xiàn)代機(jī)械加工方面，加工材料及刀具類型材質(zhì)的選擇很大程度上是決定產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，因此根據(jù)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益的綜合需求，選擇合理的加工材料及加工刀具是機(jī)械加工生產(chǎn)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

1.相關(guān)概念簡析

1.1 機(jī)械加工的定義

通過一種機(jī)械設(shè)備對工件的外形尺寸或性能進(jìn)行改變的過程。其中廣義上的機(jī)械加工就是指能用機(jī)械手段制造產(chǎn)品的過程；而狹義上的機(jī)械加工則是用車床（c）、銑床（x）、鉆床（z）、磨床（m）、沖壓機(jī)、壓鑄機(jī)等專用機(jī)械設(shè)備制作零件的過程。

1.2 機(jī)械加工的類型

燈絲電源繞組、激光切割、重型加工、金屬粘結(jié)、線切割，金屬拉拔、等離子切割、精密焊接、輥軋成型、金屬板材彎曲成型、模鍛、水噴射切割、精密焊接等。

1.3 刀具的概念

刀具是機(jī)械加工中用于切削加工的工具，又稱切削工具，多為機(jī)用，少為手用。

1.4 刀具的分類

按照工件加工表面的形式：加工各種外表面的刀具、螺紋加工刀具、齒輪加工刀具。

按照切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀：通用刀具、成形刀具、展成刀具、鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀。

按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等。

按所用材料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等。

按結(jié)構(gòu)分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等；

按是否標(biāo)準(zhǔn)化分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。

1.5 零件材料的選擇

原則：保證零件的使用要求及外部質(zhì)量（形狀質(zhì)量，尺寸精度，表面質(zhì)量）；內(nèi)部質(zhì)量（成分，組織，力學(xué)性能，物理化學(xué)性能，降低制造成本）；保證質(zhì)量前提下盡量降低制造成本（材料費(fèi)，小號的燃料及動(dòng)力費(fèi)，工資及設(shè)備費(fèi)用）。

依據(jù)：零件的用途及工作條件；零件的結(jié)構(gòu)、形狀及外形尺寸；生產(chǎn)批量；生產(chǎn)條件（設(shè)備、人員技術(shù)及管理水平）等。

2.零件材料對刀具選擇有決定性作用

2.1 材料的種類不同，力學(xué)系數(shù)及加工方式就會不同，這不盡對加工工藝有影響，而且對材料需求量及造價(jià)有影響，并在一定程度上在整個(gè)加工市場的材料標(biāo)配及刀具生產(chǎn)。例如：一般粗加工平面槽等用冼刀或刨刀，圓柱體、半球體等回轉(zhuǎn)性質(zhì)的用車刀，精加工平面或內(nèi)外圓用磨床；一般加工先粗到精，粗加工留一定的余量來精加工；考慮旋轉(zhuǎn)直徑來定轉(zhuǎn)速、切削量、進(jìn)給速度；加工長軸工件時(shí) ，選擇合適的刀具更為重要，必須嚴(yán)格選擇并控制主軸轉(zhuǎn)速、切削速度及切削量以提高產(chǎn)品加工精度，獲取合格的表面質(zhì)量。

2.2 制訂工藝規(guī)程的步驟中很大一部分與材料及刀具相關(guān)：分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對零件進(jìn)行工藝分析；選擇毛坯并擬訂工藝路線并確定各工序的加工余量；計(jì)算工序尺寸及公差確定各工序所用的設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具；再確定切削用量及工時(shí)定額。應(yīng)用中也有：車回轉(zhuǎn)體零件用車床，車刀；加工平面用銑床；精加工用磨床；打孔用鉆和電火花等具體相應(yīng)刀具和機(jī)床。

2.3刀具選擇大部分由零件的類型及加工面及精度決定。機(jī)械加工成套的加工工藝對大小型孔及其形狀的簡單或復(fù)雜程度沒有明顯的區(qū)別。但是實(shí)際工藝有細(xì)節(jié)區(qū)別：大尺寸和形狀復(fù)雜的孔的加工偏移量應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)值大一些，小零件和形狀簡單的工件則會小一些，且在不同輪廓的不同部位偏移量也不一樣。另外工件的材質(zhì)選擇及熱處理標(biāo)準(zhǔn)就與這些情況有很大關(guān)系，并成為影響機(jī)械加工性質(zhì)的重要因素之一。操作者需要熟練掌握刀具特點(diǎn)及使用方法，根據(jù)加工工件的處理規(guī)律，靈活處置偏移量，在保證加工所需質(zhì)量的前提下，不斷提高生產(chǎn)率，以創(chuàng)造更大效益。

3.刀具性能特點(diǎn)對于材料選用的關(guān)鍵作用

3.1 由于機(jī)械加工刀具的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求及加工工藝的多樣性，客觀上要求工件材料具有不同的組織結(jié)構(gòu)和被切削的優(yōu)良性能。同時(shí)，生產(chǎn)可選用的材料種類很多，這使選擇材料特別是毛坯也成為難點(diǎn)之一。

3.2 材料是根據(jù)零件所要求的形狀、工藝尺寸等而選擇的機(jī)械加工對象，選擇合適的刀具及材料是制訂合適機(jī)械加工工藝規(guī)程的基礎(chǔ)。操作者要了解刀具切削部位的組成、集合參數(shù)、工作角度、刃部參數(shù)刀具形狀、切削角度、磨損形式及原因及耐用度與切削用量的關(guān)系。老師傅稱：學(xué)機(jī)械是三分技術(shù)，七分刀具。面對現(xiàn)代機(jī)械加工市場的眾多需求：降低生產(chǎn)成本，減少人工費(fèi)用，縮短勞動(dòng)時(shí)間，降低設(shè)備耗費(fèi)，提高表面質(zhì)量及產(chǎn)量。這要求操作工對機(jī)械加工常用刀具的型號、規(guī)格、技術(shù)要求及參考應(yīng)用必須熟練掌握和應(yīng)用。

4.正確選擇材料和刀具的整體選用原則及其重要性

材料和刀具的選擇要遵循經(jīng)濟(jì)且環(huán)保原則。其中包括加工生產(chǎn)對環(huán)境的影響，對資源、能源的消耗以及對社會生產(chǎn)可持續(xù)性的影響；加工制造的實(shí)際水平和能力、外協(xié)的可能性思考；在節(jié)約材料和能源的同時(shí)，充分利用經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新材料，精密刀具及先進(jìn)加工工藝。

材料和刀具的優(yōu)選在零件工藝過程的作用不可否認(rèn)。為提高機(jī)械加工生產(chǎn)率，也可考慮粉末冶金、異型鋼材及工程塑料等在機(jī)械加工中的應(yīng)用，并找到綜合生產(chǎn)成本的最佳組合點(diǎn)；因機(jī)械加工工序數(shù)量、材料消耗、生產(chǎn)勞動(dòng)量等因素在很大程度上也取決于所選的材料及刀具，故正確選擇材料及刀具對機(jī)械加工具有重要意義。

隨著現(xiàn)代機(jī)械朝著高精度、高速度和低成本等方向發(fā)展，同時(shí)機(jī)械加工面臨著工期縮短、質(zhì)量提高、成本降低的迫切需求，這種環(huán)境及需求迫使零件加工對材料和刀具選擇提出了更高的要求，開發(fā)并利用性能優(yōu)良的材料和穩(wěn)定加工的刀具是必然趨勢，而處理好材料和刀具的重要關(guān)系并正確選擇更是機(jī)械加工不可或缺的一部分。

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[5]姚學(xué)祥，張桂香.《超硬材料刀具研究現(xiàn)狀和趨勢》

作者簡介：

楊琳琳（1992.7—），女，漢族，河南省南陽市人，鄭州大學(xué)機(jī)械機(jī)械工程學(xué)院。

李興偉（1994.11—），男，漢族，河北省保定市人，鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。劉坤坤（1991.3—），男，漢族，河南省項(xiàng)城市人，鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。