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探究金属切削加工中切削刀具的合理使用

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：牛春宇

[导读] 摘要：介绍国内外先进制造技术与高速加工的发展趋势，认识刀具在切削加工中的重要性，刀具新材料、刀具新结构、与刀具相关新技术的应用，以及几点启示和建议。

        中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江 161002
        摘要：介绍国内外先进制造技术与高速加工的发展趋势，认识刀具在切削加工中的重要性，刀具新材料、刀具新结构、与刀具相关新技术的应用，以及几点启示和建议。
        关键词：切削加工；刀具技术一；充分认识
        刀具的前角和后角的大小对切削过程中的金属变形、切削力、切削温度、工件的加工质量以及工件与刀具之间的摩擦有显著的影响。选择合理的前角、后角，可使刀具潜在的切削能力得到充分发挥，减轻刀具与工件之间的摩擦。如何合理选择刀具的前角和后角？我结合自己的教学经验，谈谈前角、后角的选择。
        1、刀具在切削加工中的重要性
        1.1在机械加工中，金属切削机床和刀具作为切削加工的基础工艺装备，刀具被称为机床的“牙齿”和“孪生兄弟”，无论是什么样的金属切削机床，都必须依靠这个“牙齿”才能发挥作用，离开这个“孪生兄弟”则一事无成。刀具性能和质量直接影响到数百万台机床生产效率的高低和加工质量的好坏，直接影响到整个机械制造工业的生产技术水平和经济效益。
        1.2现实生产说明“刀具虽小、潜力无穷”。如粗加工一根20 万千瓦发电机转子轴，净重30 吨，锻件毛坯60－70 吨，废切屑占了毛重50％以上，如果没有一把高效刀具是不行的。又如精加工一个重型精密大齿轮，没有一把80 万元的高性能高精度的滚刀也是不行的。国际上一位切削与机床方面的权威他对切削刀具的作用作了如下论说：“改进刀具对降低切削成本比其它任何单一过程的改变更具有潜力。合理地选择和应用现代切削刀具是降低生产成本，获得主要经济效益的关键。”又一位美国专家N.兹拉丁说：“一台价值25 万元美元的NC 机床，其效率的发挥在很大程度上取决于一把价值30 美元立铣刀的性能”。所以常听西方企业家说：“刀刃下生利”。
        1.3现代科技水平的提高，设备更新换代速度越来越加快，10 至15 年换一代，在这样短期内赚回设备投资并创造出利润，就要投资研究改进依靠刀具挖潜。据有关资料表明：刀具费用占制造成本2.4－4％，但它却直接影响占制造成本里边20％的机床费用和38％的人工费用。还有一种算法：机床与刀具投入比为9∶1 到7∶3。
        1.4我国数控机床使用率低的原因：国外数控机床在两班制工作下开动率达到60－70％，但国内许多用户往往只能达到20－30％，其原因：①用户盲目选购数控机床，致使“货不对路”；②数控机床有关技术人员综合素质低；③编程效率低；④维修时间长、维修工作跟不上；⑤数控机床的工作环境差距（电压波动大、环境温度、湿度变化及强电磁干扰等）；⑥数控机床管理水平低，生产技术准备工作滞后；⑦特别强调指出的是机床与刀具技术含量不匹配，“先进的机床、落后的刀具”，不懂得“门当户对”，“好马配好鞍”，“大材小用”使用不合理，设备潜力没有充分发挥出来，也是造成巨大浪费的重要原因。
        2、刀具新材料的应用
        2.1涂层刀具材料：有物理涂层（PVD）和化学涂层（CVD）两种，就是在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。可在高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、金刚石等材料上单涂层或多涂层，也可以由几种材料复合涂层。
        2.2金属陶瓷刀具材料；金属陶瓷具有较高的室温硬度，高温硬度及良好的耐磨性。金属陶瓷材料主要包括高耐磨性TiC 基硬质合金（TiC+Ni 或Mo），高韧性TiC 基硬质合金（Tic+TaC+WC），强韧TiN 基硬质合金（TiCN+NbC）等。金属陶瓷刀具可在300－500 米／分的切削速度范围内高速精车钢和铸铁。
        2.3陶瓷刀具材料：具有更高的硬度，红硬性和耐磨性，其缺点是脆性大，受冲击载荷能力差，这也是几十年来人们不断对其改进的重点。陶瓷刀具材料主要有氧化铝基和氮化硅基两大类，是通过在氧化铝和氮化硅基中分别加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等得到的，此外还有多相陶瓷材料。
        2.4聚晶金刚石（PCD）刀具材料；PCD 材料具有高硬度、高耐磨性、高导热性及低磨擦系数等特点，PCD 刀具可实现有色金属及耐磨非金属材料的高速、高精度、高稳定性加工。

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        此外，高性能高速钢、粉末冶金高速钢、整体硬质合金等已成为制造滚刀、剃齿刀、插齿刀等齿轮刀具的主流刀具材料、可用于齿轮的高速切削，其切削速度可达150－180 米／分，如再对其进行TiAIN 涂层处理，则可应用于高速切削。
        3、刀具新结构的应用
        3.1可转位刀具技术是刀具发展史上的一个重要创新，它具有不经焊接，无裂纹等缺陷，充分发挥原有刀片的切削性能，并减少机床停机磨刀、装卸刀具的辅助时间等优点。
        3.2高速加工要求现代刀具具有高效率、高精度、高可靠性和专业化的所谓“三高一专”特点。特别是对其安全性的要求，切削对刀具结构设计提出了新的要求，近年来，国际标准化组织正在制定和提出标准草案作为ISO 的建议，征求各成员国意见。
        3.3刀具技术发展的另一个趋势是开发多功能刀具和高效专用刀具，如以色列依斯卡公司的“霸王刀”，在一个刀头的几个方向上都有切削刃，可在一次装卡工序中完成左右车外园、车端面、切沟槽、倒角、仿形等多道工序，节省刀具数量、减少换刀时间，提高工效1－3 倍。
        3.4孔加工刀具――钻、扩、镗、铰、滚（挤）压等工艺，品种繁多丰富多彩，仅举钻、铰两类刀具。一般孔采用可转位浅孔钻居多，深孔采用喷吸钻效率高，而精密孔加工则采用德国玛帕公司的单刃铰刀和最新开发的可转位双刃铰刀具有优势。
        3.5近几年可转位铣刀结构最突出的进展是带前角、螺旋形刀刃及分屑槽刀片的开发，甚至加工铸铁的面铣刀其刀片也是带前角的曲线刀刃，不再是千篇一律的平前倾面，而有了更合理的几何参数、径向前角或轴向前角由负变正、由小变大，因此切削非常轻快平稳（降低切削力30％）。近年来国外几个厂家同时推出一种正八方带前角的刀片、这种正八方的刀片两面用，变成了16 个切削刃，大大提高了刀片材料利用率，同时也大大降低了刀片费用。铣刀结构发展另一个方向就是密齿及特密齿，尤其是双负角的陶瓷铣刀，为了增加齿含量，使切削加工更趋于平稳，加快走刀量提高生产效率和表面质量，是一个值得重视的发展趋势。
        4、与刀具相关新技术的应用
        4.1模块或工具系统是数控刀具连接结构的一个重要环节。
        通过不同模块的组合，用尽可能少的模块组成一个功能全、柔性好的工具系统，实现高精度、高刚性并能快换的连接结构，可以显著提高机床的利用率，使机床的机动时间在生产节拍中的比例提高10-30%。目前，世界各国大工具厂家开发了许多工具系统，各有优缺点，应有选择的应用。
        4.2刀具监控系统：刀具的监测技术对于高速切削加工的安全性十分重要。刀具监测技术主要包括通过监测切削力以控制刀具磨损；通过监测机床功率以间接获得刀具磨损信息；监测刀具断裂（破损）等。
        4.3刀具刃口钝化问题应引起重视：目前我国绝大部分可转位刀片刃口未经钝化处理，刀具耐用度低，刀具消耗费用大。
        而从国外引进的刀片生产线都带有刀片刃口钝化机，经钝化后的刀片刃口微观缺口彻底消除，有效的增加了刃口强度，其刀具耐用度一般提高20%以上至1 倍。
        5、结束语
        总之，采用先进刀具，适当的增加刀具费用的投入，是制造业提高劳动生产率和企业竞争力的有效手段，这已逐渐成为业内人士的共识。市场竞争要求制造业不断提高质量，降低生产成本。制造业企业只有转变传统观念，正确理解成本降低的概念，克服片面控制工具费用消耗的做法。应该看到，合理的刀具投入，可以成倍地提高生产率和产品质量，不仅增加企业的竞争力，而且促进刀具行业的发展。
        参考文献：
        [1]邓福铭，卢学军.我国超硬刀具高速切削技术发展现状问题及前景[J].硬质合金，2010（4）
        [2]王瑾，赵亮．超硬涂层材料性能及其应用研究[J].铸造技术，2013（6）
        [3]燕相松．数控高速切削加工关键技术的研究［Ｊ］．滁州职业技术学院学报，2011（2）
        [4]于杨，解念锁．先进表面工程技术及应用研究[J]．科技创新导报，2009（31）