金屬切削刀具對機(jī)械加工效率的影響探討

丁琪

山西汾西重工有限責(zé)任公司 山西太原 030027

1 常用難加工材料加工刀具

1.1 傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具

傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具主要包括YT（鎢鈷鈦合金）類、YW（鎢鈷鈦鉭合金）類、YG（鎢鈷合金）類，硬度在85HRA以上，抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性較好，可承受850－1000℃高溫，具有優(yōu)越的綜合性能，在切削加工中得到廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用最廣泛的刀具。

1.2 涂層硬質(zhì)合金刀具

涂層硬質(zhì)合金刀具是通過化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）等方法，在硬質(zhì)合金刀具基體上覆蓋一層高硬度材料。涂層硬質(zhì)合金刀具比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具擁有更高的表面硬度。因此，加工高硬度難加工材料時，具有更好的切削性能，在一定程度上改善了傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具性能，延長了刀具使用壽命，但涂層磨損后，修復(fù)困難，成本較高，不適宜在大規(guī)模常用件的加工中使用。

1.3 陶瓷刀具

陶瓷刀具興起于20世紀(jì)80年代，比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具擁有更高的硬度、紅硬性及耐磨性，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與工件材料反應(yīng)，但其韌性不足。在加工塑性較高的材料（如含碳量較低的鋼材和塑料）時，具有良好的切削性能和使用壽命，因此在加工塑性材料中得到廣泛應(yīng)用。

1.4 金剛石刀具及立方氮化硼刀具

金剛石刀具（PCB）材料在目前已知刀具材料中硬度最高，同時具有高的導(dǎo)熱性和彈性模量，低的膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)。因碳元素易與鐵元素發(fā)生反應(yīng)，因此，金剛石刀具無法加工鐵及其合金材料，但對鋁合金材料具有良好的切削性能，切削速度可達(dá)2500－5000m/min。立方氮化硼（CBN）刀具興起于20世紀(jì)50年代，硬度稍次于金剛石刀具。

1.5 無粘結(jié)相硬質(zhì)合金刀具

無粘結(jié)相硬質(zhì)合金刀具比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具擁有更高的硬度和紅硬性，更優(yōu)異的耐腐蝕性、抗氧化性、耐磨性，比陶瓷刀具具有更好的韌性，力學(xué)性能介于傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具之間，在加工一些發(fā)熱量大、硬度高的難加工金屬材料（如鈦合金）時，具有更好的切削性能和更長的刀具使用壽命。圖1為不同刀具材料硬度隨溫度變化的關(guān)系曲線。

圖1 各種刀具材料硬度與溫度的關(guān)系曲線

2 金屬切削刀具對機(jī)械加工效率的影響

2.1 容易形成切屑

在某些應(yīng)用過程中，金屬切削工具為工件的不同材料產(chǎn)生不同的切削條件，使得切屑的形狀變化并且最常見的是條帶，顆粒和結(jié)。一旦形成這些芯片，長芯片會損壞制造工件，這會影響整個制造過程并對操作者造成更嚴(yán)重的損壞。為了解決這樣的問題，需要仔細(xì)理解特定加工工具的切削力。如果在某個操作中切削力控制丟失，則刀具將被損壞并且機(jī)器將振動。

2.2 刀具磨損

除刀片外，金屬切削刀具還包括刀柄和刀柄等附件。具體地，可以通過切割工件的狀態(tài)，粗糙度和尺寸來確定工具是否磨損。該工具磨損的原因有很多。例如，在切割過程中，工具產(chǎn)生恒定的熱量，這會升高工具的溫度，這會導(dǎo)致工具性能的不斷變化，這會導(dǎo)致工具隨著時間的推移而磨損。在數(shù)控加工中，刀具磨損會嚴(yán)重影響特定工件的質(zhì)量，因此為了合理地管理刀具磨損，有必要將數(shù)據(jù)管理結(jié)合到特定的工作過程中。

3 對策

3.1 “兼顧”策略

考慮到生產(chǎn)中要兼顧切削效率、刀具耐用性、切削條件，以達(dá)到高生產(chǎn)率和保證刀具耐用性。切割量的三個要素與生產(chǎn)率成正比。為了在保證特定工具的耐久性的前提下實(shí)現(xiàn)最高的生產(chǎn)效率，只有刀具數(shù)量，進(jìn)給速度和切削速度的產(chǎn)品值可以最大化以滿足要求。由于切削量的三個因素對刀具壽命的影響最小，后刀的數(shù)量是第二，第二是進(jìn)給速度和最大切削速度，所以選擇三個元素的合理順序是選擇最大可能的刀。然后根據(jù)所選擇的反饋量和進(jìn)給率，在工藝系統(tǒng)剛度，刀具壽命和機(jī)床力條件下選擇相對較大的進(jìn)給速度和最終合理的切削速度選擇。

3.2 “舍、得”策略

切削用量三要素與生產(chǎn)效率成正比。切削用量三要素越小對車床的損耗越小，加工精度越高，但是這和提高生產(chǎn)效率是相矛盾的。在生產(chǎn)中可以用“舍、得”的策略來嘗試解決這對矛盾。粗車的作用是提高勞動生產(chǎn)率，盡快將毛坯上的余量切除。精車的作用是使工件達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。教師通常把加工過程分為粗加工階段和精加工階段，粗加工和精加工兩個階段確定后，生產(chǎn)率被視為第一優(yōu)先級。粗加工切削參數(shù)選擇 ：加工精度不高，首先考慮生產(chǎn)效率。所以粗加工時可以選擇最大的背吃刀量和進(jìn)給量，但要在工藝系統(tǒng)允許的剛度和強(qiáng)度下。然后選擇最大切削速度時也不超過機(jī)床的有效功率，從而確保某些工具的耐用性。精加工切削參數(shù)的選擇：精度主要由表面粗糙度和加工精度決定。選擇較小的背吃刀量和進(jìn)給量，在允許的范圍內(nèi)，保證加工精度。背吃刀量和進(jìn)給量確定后需要一個更高的切削速度來達(dá)到工件表面質(zhì)量要求，從而提高了生產(chǎn)率，降低了表面粗糙度。

3.3 數(shù)據(jù)模塊控制在合理范圍內(nèi)

金屬切削刀具在數(shù)控加工具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。相比于常規(guī)或手動沖孔機(jī)，數(shù)控切削工具具有更高的生產(chǎn)技術(shù)，是一種更先進(jìn)的技術(shù)的產(chǎn)品。它主要在數(shù)控控制柜和機(jī)械沖孔機(jī)。數(shù)控控制柜，還有一個控制組件高級語言。在數(shù)值控制數(shù)據(jù)的特定傳輸過程中，動態(tài)不平衡，最小徑向偏差的最小值，必須考慮各種因素，如精度。只有當(dāng)各種要素的安全保障，可以有效地控制刀具的磨損。要控制在合理的范圍內(nèi)，這些數(shù)據(jù)模塊，可以有效地提高數(shù)控加工的質(zhì)量。

總之，金屬切削技術(shù)可以成功開發(fā)，關(guān)鍵是金屬切削刀具。因此，在某些應(yīng)用中，提高刀具的使用壽命，加強(qiáng)刀具的使用，為特定的模具制造帶來新的創(chuàng)新，以便使用更復(fù)雜的工具將其應(yīng)用于各種環(huán)境 為了始終更新技術(shù)。