淺談如何合理選擇刀具及切削參數以提高工效

劉 軍

（綿陽職業技術學院機電工程系，四川綿陽 621000）

提高數控機床使用效率是目前大家普遍關心的問題。據有關資料介紹，國外數控機床在兩班制工作下開動率可達60%～70%，國內往往只能達到20%～30%，筆者在多年的工作中發現刀具壽命是影響數控機床使用效率的重要技術問題之一。如果在切削加工中，刀具和切削參數選擇不當，不僅使工件質量受到嚴重影響，而且會使操作者疲于磨刀、換刀、對刀，讓機床無法連續加工，直接影響生產效率、加工成本、加工質量以及生產利潤等。因而如何正確選擇刀具和切削參數成為具有實際意義的課題。

對于什么是正確的切削參數，筆者認為應該是針對特定的機床、特定的刀具和刀夾、特定的加工材料在滿足工件加工品質前提下，使材料的切除率達到最大的一組切削參數。這組參數如何確定，有人提出了通過計算機優化設計選擇最佳切削參數的方法，目前也已經有文獻報道可以利用現代切削過程仿真和優化技術，在少量試驗的基礎上借助合理的數學模型、工程分析和仿真等先進手段，快速獲取理想的切削參數數據。而對很多廠家來說，刀具的種類是有限的，幾把常用的刀具基本上能完成80%的加工量，在這種情況下，余下的加工量我們只有根據材料的特性，通過合理地選擇比較，選出合適的刀具，再通過切削試驗方法來獲取這些刀具的正確切削參數才是比較現實的手段。下面，筆者就淺談一下通過合理選擇刀具及切削材料來加工鉬和抗氫鋼這兩個難加工材料的實際應用。

1 鉬的加工

1．1 鉬的材料特性

鉬的硬度不高，但鉬材料的硬度高，彈性模量大，且加工硬化傾向大，易粘接。單位切削力可達2 400 MPa。磨損形式主要為粘接磨損和刀尖崩碎。

1．2 刀具的選擇

由于鉬剛性大、結合力強、不易產生變形、切除困難，應選擇較大前角、較小主偏角、負刃傾角，以增加刀尖與刀刃強度。一般為:前角15°～20°，后角10°～20°，主偏角45°～75°。這主要是針對外圓刀切削的參數。而我們在用φ10 mm鉬棒加工零件的過程中遇到的最大麻煩是在切斷的過程中刀具的磨損量非常大。先開始我們選用的刀具材料是易于磨出鋒利刃口的高速鋼，但是由于其自身硬度不夠也沒有較高的耐磨性，所以每次磨好的刀也就只能加工3～5件。然后又選用了YT類和YW類的硬質合金刀具，但效果也不理想，刀具雖然比高速鋼耐磨一些，但刀口易崩刃，而且切出的工件表面質量非常差。最后，通過我們學院工廠工具室選用了ISCAR公司生產的刀片型號為PENTA24N200J020材質IC9087（PVD）涂層的五角霸王切斷刀，在機床加工材料以及冷卻液都不變的情況下，通過切削試驗該刀具的耐用度和工件表面質量都大大提高。得到這個結果的原因是該刀片材質較硬，使得刀具的強度和剛度增強，再加上刀片上的（PVD）涂層又增加了刀片的耐磨性和耐熱性。

1．3 切削參數的選擇

在刀具選定之后，還要充分發揮該刀具的特點，使其能夠達到實際生產中的批量生產狀態。根據目前狀態通過不斷改變切削參數，又進行了一系列試驗，終于找到了一組較為可靠的切削參數，試驗前后結果見表1（注:切刀寬2 mm，鉬棒直徑φ10 mm）。

表1 鉬加工切削參數選擇

通過表中可以看出當切削速度n=300 r/min，走刀量f=0.006 mm/r時，可加工出合格工件40件左右，這時該切刀的刀具耐用度最好。得到這個結果的原因筆者分析認為:（1）由于加工硬化傾向大，易粘接，所以轉速不高;（2）材料易崩碎，不耐沖擊，所以走刀要慢且連續。

2 抗氫鋼的加工

2．1 抗氫鋼HR—1的材料特性

抗氫鋼HR—1是氮強化的Cr－Ni－Mo系奧氏體不銹鋼，由于具有較好的綜合力學性能，較強的抗氫脆能力，而常用來制造一些重要零部件。由于抗氫鋼的導熱率低，約為普通優質碳素鋼的1/3，阻礙了機加工過程中所產生熱量的散發，且其比熱率低，使得切削區溫升過快，從而加速刀具磨損。成功的切削加工抗氫鋼零件應遵循以下通用準則:

（1）工件夾持伸出長度盡可能短，并在夾具夾緊中以免出現振動;

（2）適當增大后角，減小前角以增大切屑與前刀面的接觸長度，減小工件與后刀面的摩擦。定時刃磨刀具，保持刀具的鋒利，防止刀具出現磨鈍后的迅速破壞。

2．2 刀具選擇

在抗氫鋼的車削加工中由于切削溫度高、刀具磨損快，所以在粗加工時，需要刀具剛性好，刀具前角、后角小。在精加工時，為了得到良好的表面完整性和尺寸精度，要求刀具鋒利，所以前角、后角要偏大些。

我們實際加工抗氫鋼零件的過程中發現影響生產率的最大麻煩是在切深3 mm端面槽的過程，由于端面槽的加工是半封閉狀態，冷卻不充分，刀具的磨損非常大，如果排屑不暢還會造成刀頭折斷。通過切削試驗我們先后選用了刀具材料是易于磨出鋒利刃口的高速鋼和YT類、YW類的硬質合金刀具，但效果均不理想，要不是刀具易磨損或折斷就是加工速度非常慢。最后通過校辦工廠的工具室選用的ISCAR公司生產的型號為PSCCOL010．1508－20材質1C228（PVD涂層）的整體式硬質合金刀具，在機床加工材料以及冷卻液都不變的情況下，通過切削試驗該刀具的耐用度和工件表面質量都大大提高，加工時間也大大縮短。

2．3 切削參數的選擇

在刀具選定之后，通過了一系列試驗，終于找到了一組較為可靠的切削參數，試驗前后結果見表2（注:切刀寬1.5 mm，槽寬直徑φ11.2～16 mm，深3 mm）。

表2 抗氫鋼加工切削參數選擇

通過表中可以看出，當切削速度n=1 000 r/min時用時最短，但是由于耐用度太低，進而需要花大量的時間來卸刀、重新裝刀、對刀，而且還增加了刀具成本。綜合考慮選取n=400 r/min，走刀量f=0.02 mm/r的這組切削參數最為科學合理。

3 結語

通過以上兩種材料的切削實驗結果證明，在對于任何一種材料，首先要分析材料的特性，然后在通過材料的特性來合理地選擇刀具的材料及其工作角度。其次通過試驗切削來選擇最佳切削參數組合。只有這樣刀具和切削參數都得到了正確的選擇，才會充分發揮數控加工的優勢，大大節約生產時間與生產成本。但由于在生產中會遇到許許多多不同的材料和不同結構尺寸的要求，而我們手里的刀具又十分有限，這就要求我們在平時的加工過程中不斷地積累經驗并要及時總結記錄，以便在今后的生產加工中產生更大的經濟效益和社會效益。

在這里筆者也只是簡單地探討了一下關于鉬和抗氫鋼兩類材料的加工中某一方面的試驗結果，可能還有比這更科學更實用的結果，歡迎大家指正。