提高軸類零件生產(chǎn)效率的研究

朱文韜 周博 于幫明 李厚斌

摘 要：金屬切削是現(xiàn)代機械制造行業(yè)中一種比較重要的技術，隨著機械加工技術不斷發(fā)展，新刀具材料及新加工工藝得以廣泛應用，并且發(fā)揮著十分重要的作用。在當前機械制造過程中，為優(yōu)化加工經(jīng)濟精度，使金屬切削效率得以更好的發(fā)揮和提高，對金屬刀具及參數(shù)進行創(chuàng)新是十分重要的一點，使其滿足工藝要求及提高效率。

關鍵詞：加工經(jīng)濟精度；切削參數(shù)；刀具角度

軸是機械制造也中最普通、最典型的一種回轉(zhuǎn)體零件，其長度大于直徑。目前制造的工藝水平越來越高，在機械制造中，提高工作效率，采用縮短機動時間和輔助時間是最直接的方法。本文主要是針對在機械制造金屬切削過程中采用縮短粗加工機動時間方法進行簡單分析，以便實現(xiàn)在加工過程中提高生產(chǎn)效率的依據(jù)。

1、加工經(jīng)濟精度研究的重要性

加工經(jīng)濟精度是機械加工中經(jīng)常用的一個概念，加工效率和零件的成本又與加工精度密切相關的，每增加一個精度等級，不僅影響加工效率而且對零件的成本就會增加。所以說經(jīng)濟精度不應將其理解為某個確定值，而應理解為一個范圍，各個工序經(jīng)濟加工精度不是一成不變的，隨著加工技術要求的提高，也隨著提高。

很多工藝人員往往只在精加工和超精加工的工序中考慮加工經(jīng)濟精度，實際上在機械加工的每個工序中都需要考慮經(jīng)濟加工精度，在粗加工工序降低經(jīng)濟加工精度也是提高工作效率的一種方法。例如：軸類毛坯為大型鑄件或鍛件時，需要荒車后再粗車，以減少毛培外圓的形狀誤差，荒車后的尺寸精度為IT15-IT18；棒料的中小型的鍛鑄件，可以直接進行粗車，粗車后的精度可以達到IT10-IT13，表面粗糙度Ra為30-20μm，可以作為低精度加工的最終工序。由荒車和粗車的區(qū)別可以看出，在粗車工序中增加了表面粗糙度的要求，同時粗車也可以作為低精度的最終工序。因此，在滿足加工經(jīng)濟精度要求下，可以采用剛性較好而精度較低的車床，避免用精度較高的機床進行荒車和粗車，降低設備使用成本。在機床工藝系統(tǒng)剛性可以滿足情況下，選用較大的切削參數(shù)和切削用量，最有效的發(fā)揮機床的性能來提高粗加工的工作效率。

2、刀具選用及角度參數(shù)對提高工效的影響

機械加工制造的工作效率主要體現(xiàn)在其能否優(yōu)化各種參數(shù)的要求，這就意味著工藝參數(shù)對提高加工效率具有最直接的影響的。進行縮短機動時間，提高加工效率研究時，不僅要對工件的材質(zhì)進行分析還要對加工階段的刀具參數(shù)、切削用量進行全過程的評定分析。這對于提高加工生產(chǎn)效率方面來說只是其研究過程中的一環(huán)，但是研究旨在整體進行優(yōu)化以后才能對各種參數(shù)進行有效影響。這是因為工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量、工作效率之間是存在著復雜的聯(lián)系的，具體表現(xiàn)為產(chǎn)品的工藝參數(shù)直接決定了機械加工產(chǎn)品的效率和質(zhì)量。

2.1選擇合適刀具材料

難加工材料種類繁多，性能各異，我國機械工業(yè)中難加工材料大約分為：高錳鋼、高強度鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等。它們共同的特點是材料強度高、導熱性低、加工硬化嚴重特點，對切削加工具有很大影響，具體體現(xiàn)在工件材料常溫硬度和高溫硬度的影響，材料硬度越高時，切削力就越大，切削功率隨之增大，切削溫度增高，刀具磨損嚴重，工作效率降低。所以，在一般情況下，切削加工的效率隨工件材料硬度增加而降低。根據(jù)材料特性，在通過改變材料金相組織，從而改善切削加工性。由于難加工材料切削力大、切削溫度高，刀具材料選用上考慮強度高、導熱性好的硬質(zhì)合金，但是要考慮硬質(zhì)合金與工件材料元素親合力作用，避免選擇不當，影響加工的效率。

2.2刀具角度參數(shù)

選用合理刀具角度參數(shù)來提高加工效率，需要根據(jù)工件材料、工序、工件剛性、刀具材料等因素著手考慮不同的刀具角度參數(shù)，在粗加工軸類工件時，主偏角、前角、后角、刃傾角是刀具的重要角度，直接影響刀頭和刀尖的強度，一把合理角度的粗車刀需要綜合考慮這幾個角度參數(shù)，才可以有效的發(fā)揮切削性能，從而提高粗加工的工作效率。

2.2.1主偏角選用參數(shù)

為了增加刀具的耐用度，粗加工時主偏角kr應盡可能選擇小一些，一般選取45°。加工剛度較差的工件（L/d>15）時，應盡可能使徑向力小一些，為此，刀具的主偏角應盡量選取大一些，這時Kr可以選取75°--90°來代替常用的Kr=45°的車刀。

由于Kr角增大，徑向力減小，工件和刀具在半徑方向的彈性變形減小，可以提高加工精度，同時增加抗振能力。但是Kr增大后，切削厚度同時增加，軸向阻力相應增大，減少刀具耐用度，降低加工的工作效率，因此，一般情況下不宜采用主偏角很大的刀具。

2.2.2前角選用原則

前角有正負之分。選取前角原則，首先在保證車刀刀刃鋒利，還要兼顧車刀的足夠強度，在保證加工質(zhì)量前提下，盡可能延長刀具壽命，較少更換刀具的輔助時間，從而提高工作效率。選取負前角的作用可以提高刀尖部分的強度，改善刀尖的受熱狀況和散熱條件，從而提高車刀的耐沖擊能力。但是，選取負前角的不足是降低了刀具的鋒利程度，車削力增大，前刀面上的摩擦阻力增大。因此，通常在車削高強度、高硬度工件材料時，為防止刀尖強度不夠和蹦刃時才選取負前角；車削塑性材料時，切屑沿著前刀面流出，這時車刀宜選用正的前角，一般工件強度和硬度越低的情況，選用的前角越大。

2.2.3后角和刃傾角的選擇

后角的作用是較少車刀后面與工件的摩擦，與車刀前角構成鋒利的刀刃，以便切入工件。但是后角過大，會降低刀刃強度，降低散熱條件，使刀具壽命降低。因此，粗車時，車削厚度大，負荷重，要求車削刃有足夠的強度，應選取較小的后角。車削剛性較差的工件時，也應該選用較小的后角，以增加后刀面與工件的接觸面積，較少或消除振動。大進給時的后角需要根據(jù)不同的進給量適當調(diào)整到最佳的角度，來保證和延長刀具使用壽命。

刃傾角在刀具角度中也是非常重要的參數(shù)，不僅可以控制切削的流出方向，同時對刀具強度也具有一定的影響，選用原則也不可忽視。由于刃傾角的存在，可以使切削刃實際鈍圓半徑變小，使切削刃更加鋒利。刃傾角也影響到刀尖強度和刀尖的導熱和散熱，在不連續(xù)切削情況下，負的刃傾角使遠離刀尖的切削刃先接觸到工件，可以使刀尖避免受到?jīng)_擊，使刀頭部分更加強固，刀尖的散熱條件也好，車刀的使用壽命延長。

3、切削參數(shù)選用的原則

選擇合理的切削用量，對于保證加工質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)效率都非常重要。在機床、刀具、工件基本條件一定的情況下，切削用量具有很大的靈活性，應該充分發(fā)揮機床的功能，使生產(chǎn)效率最大化。切削用量與勞動生產(chǎn)率是成正比，因此提高切削用量哪一項都可以提高生產(chǎn)效率。一般遵循的原則：在機床剛度足夠情況下，首先應盡可能的選用大的背吃刀量；其次是在機床動力和剛度允許的情況下，同時還要保證加工后的表面粗糙度的要求下，選取較大的進給量；最后再確定最佳的切削速度。

4、結語

在目前機械制造中，金屬切削技術已經(jīng)是最廣泛的一種技術。文章對軸類零件在粗加工的工序中，提高勞動生產(chǎn)率進行分析，并對影響生產(chǎn)效率的問題進行研究。通過合理優(yōu)化切削用量的方式來縮短機動時間，增加粗車刀強度及刃磨合理的刀具角度參數(shù)提高刀具使用壽命，在安排切削工序中，工藝技術人員要充分考慮加工的經(jīng)濟精度，從而使軸類粗加工達到最理想的效果，提高生產(chǎn)效率。

參考文獻：

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