硬質(zhì)合金刀具在金屬切削中的應(yīng)用優(yōu)化

蔡 楊

（浙江永成機(jī)械有限公司，紹興 311835）

金屬切削是金屬形成工藝中的材料去除加成形方法，在當(dāng)前的機(jī)械制造中占有較大比例[1]。但是，硬質(zhì)合金刀具在切削過程中易發(fā)生磨損等問題，會(huì)對(duì)切削精度、質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[2]。

因此，有必要對(duì)硬質(zhì)合金刀具在金屬切削中的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，以充分發(fā)揮刀具的作用，提升金屬切削的整體質(zhì)量。本文結(jié)合金屬切削原理，從材料、結(jié)構(gòu)、參數(shù)3個(gè)方面出發(fā)，對(duì)硬質(zhì)合金刀具的選擇進(jìn)行深度探討，并提出硬質(zhì)合金刀具在金屬切削中應(yīng)用的優(yōu)化 措施。

1 硬質(zhì)合金刀具在金屬切削中的具體應(yīng)用

1.1 金屬切削原理

金屬切削即應(yīng)用刀具在工件上切除一部分金屬，如圖1所示。在實(shí)際操作中，應(yīng)在保證刀具性能的基礎(chǔ)上，選擇刀具的材料、結(jié)構(gòu)、參數(shù)等[3]。

切削運(yùn)動(dòng)速度是金屬切削加工控制的重要參數(shù)，計(jì)算公式為[4]：

式中：Vc為切削速度，m·min-1；Dc為工件待加工的表面直徑，mm；N為車床主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，r·min-1。

1.2 硬質(zhì)合金刀具選擇

1.2.1 材料選擇

硬質(zhì)合金刀具的摩擦系數(shù)低，耐用度好，在金屬切削加工中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。材料為鎢鈷合金（YG）的刀具主要應(yīng)用于鋼料加工，極少應(yīng)用于重型車削工作；材料為鎢鈷鈦合金（YT）的刀具耐磨性、耐熱性、抗氧化性能好，適用于鋼料加工，但不適用于低速車削；材料為碳化鎢（Yw）的刀具耐磨性好，適用于加工冷硬鑄鐵類產(chǎn)品[5]。

1.2.2 結(jié)構(gòu)選擇

粗加工階段，切削量大，對(duì)刀具的性能要求較高。具體加工中可以選擇應(yīng)用螺釘夾緊式或杠桿壓緊式結(jié)構(gòu)。安裝刀片時(shí)，應(yīng)注意將刀片放在刀桿槽內(nèi)，并采用適宜結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行固定，保證刀片從刀桿內(nèi)部伸出不超過1.0～1.5 mm[6]。切削加工時(shí)，應(yīng)關(guān)注刀片狀態(tài)，及時(shí)更換破裂刀片，同時(shí)清理刀桿上的切屑，確保切削加工順利、高質(zhì)量進(jìn)行[7]。

1.2.3 參數(shù)選擇

切削加工過程中，前角、切削刃傾角的具體參數(shù)如表1所示。

表1 前角、切削刃傾角參數(shù)

刀具頭部結(jié)構(gòu)及其角度標(biāo)注方法，如圖2所示。

在選擇刀片形狀的過程中，若刀尖角較大，則其強(qiáng)度較高，需要較高的機(jī)床功率，且易產(chǎn)生振動(dòng)；若刀尖角度較小，則其剛性差，受熱量的影響大。通常情況下，切削深度應(yīng)控制在刀刃長(zhǎng)的1/3內(nèi)。

2 硬質(zhì)合金刀具在金屬切削中應(yīng)用的優(yōu)化措施

2.1 合理選擇切削工具材料

金屬切削工具質(zhì)量對(duì)切削加工質(zhì)量有直接影響。若切削加工需要采取高速切削方式，則選擇陶瓷材質(zhì)的切削工具；若切削加工工件為有色金屬（銅、鋁等），則選擇硬度高、沖擊強(qiáng)度高的切削工具進(jìn)行切削 加工[8]。

2.2 充分應(yīng)用仿真技術(shù)

在切削加工實(shí)踐中，技術(shù)人員可以借助仿真技術(shù)綜合分析切削工具，充分考慮切削深度、切削速度及切削角度等內(nèi)容，以科學(xué)、有效優(yōu)化切削工具設(shè)計(jì)[9]。技術(shù)人員還可以應(yīng)用仿真技術(shù)獲取充分的切削加工工具參數(shù)，更科學(xué)地設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，確保切削工具選擇的科學(xué)性和合理性。

2.3 選擇適度的切削量

金屬切削的切削量包括切削速度、背吃刀量和進(jìn)給量。切削過程中，工件受到切削摩擦阻力，車床刀具的強(qiáng)度大于工件的強(qiáng)度，易出現(xiàn)工件變形情況[10]。因此，在切削加工過程中，技術(shù)人員應(yīng)選擇適度的切削量，具體如表2所示。

表2 金屬切削交給你的切銷量

2.4 抑制與消除積屑瘤

基于積屑瘤成因分析（產(chǎn)生機(jī)理如圖3所示），為提高切削效率與質(zhì)量，需要抑制與消除積屑瘤。

為有效抑制與消除積屑瘤，需要做到以下幾點(diǎn)。

（1）在實(shí)際加工操作中，應(yīng)控制切削速度在 120 m·min-1以上或15 m·min-1以下。

（2）在加工塑性變形較小的金屬材料的過程中，可以控制前角角度為30°（最大值）。針對(duì)中等塑性變形金屬材料，控制前角角度為小于20°；針對(duì)高錳鋼等變速性金屬材料，加工難度大，應(yīng)控制前角角度為小于10°；針對(duì)淬硬鋼，應(yīng)控制前角角度為0°～10°[11]。

（3）切削加工過程中，切屑與前刀之間會(huì)產(chǎn)生較大的壓力，溫度逐漸升高。若前刀粗糙，則摩擦越大，黏結(jié)形成積屑瘤（如圖4所示）；摩擦越小，黏結(jié)概率越小[12]。

（4）技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，工件材料的塑性越大，切削過程中產(chǎn)生變形的概率越大，進(jìn)而產(chǎn)生積屑瘤。

2.5 合理應(yīng)用切削液

在金屬切削加工過程中，技術(shù)人員可以應(yīng)用切削油，增強(qiáng)切削刀具的使用性能。在粗加工過程中，技術(shù)人員可以選擇低濃度乳化液等切削液，降低摩擦溫度，延長(zhǎng)刀具使用壽命。精加工過程中，技術(shù)人員可以應(yīng)用極壓切削油，增強(qiáng)刀具與工件間的潤(rùn)滑程度[13]。

3 結(jié)語

分析金屬切削原理，探索優(yōu)化硬質(zhì)合金刀具在金屬切削中的應(yīng)用途徑，提出需要根據(jù)實(shí)際切削需求等對(duì)刀具的材料、結(jié)構(gòu)、參數(shù)等進(jìn)行分析和選擇。為充分發(fā)揮硬質(zhì)合金刀具的作用，提高金屬切削質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)注重刀具材質(zhì)的選擇。要充分應(yīng)用仿真技術(shù)，確保各項(xiàng)參數(shù)選擇精確；要選擇適度的切削量、切削速度以及光澤度等參數(shù)，抑制和消除積屑瘤；要合理應(yīng)用切削液，延長(zhǎng)硬質(zhì)合金刀具的使用壽命。