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      淺析機(jī)械中材料加工和刀具選擇的重要關(guān)系

      2014-10-21 20:06:36楊琳琳李興偉劉坤坤
      中國機(jī)械 2014年24期
      關(guān)鍵詞:材料選擇機(jī)械加工

      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。

      參考文獻(xiàn):

      [1]王存強(qiáng).《鑄造模具材料選擇及加工刀具參數(shù)的設(shè)定》

      [2]常麗娟.《淺談機(jī)械加工中應(yīng)注意的一些問題》

      [3]王小新.《試論機(jī)械設(shè)計(jì)加工需要注意的問題 》

      [4]尹震飚.《面向復(fù)雜型腔工件高效數(shù)控加工的刀具優(yōu)選技術(shù)研究》

      [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。

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