劉 軍

（綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，四川綿陽(yáng) 621000）

提高數(shù)控機(jī)床使用效率是目前大家普遍關(guān)心的問題。據(jù)有關(guān)資料介紹，國(guó)外數(shù)控機(jī)床在兩班制工作下開動(dòng)率可達(dá)60%～70%，國(guó)內(nèi)往往只能達(dá)到20%～30%，筆者在多年的工作中發(fā)現(xiàn)刀具壽命是影響數(shù)控機(jī)床使用效率的重要技術(shù)問題之一。如果在切削加工中，刀具和切削參數(shù)選擇不當(dāng)，不僅使工件質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，而且會(huì)使操作者疲于磨刀、換刀、對(duì)刀，讓機(jī)床無法連續(xù)加工，直接影響生產(chǎn)效率、加工成本、加工質(zhì)量以及生產(chǎn)利潤(rùn)等。因而如何正確選擇刀具和切削參數(shù)成為具有實(shí)際意義的課題。

對(duì)于什么是正確的切削參數(shù)，筆者認(rèn)為應(yīng)該是針對(duì)特定的機(jī)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(zhì)前提下，使材料的切除率達(dá)到最大的一組切削參數(shù)。這組參數(shù)如何確定，有人提出了通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇最佳切削參數(shù)的方法，目前也已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道可以利用現(xiàn)代切削過程仿真和優(yōu)化技術(shù)，在少量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上借助合理的數(shù)學(xué)模型、工程分析和仿真等先進(jìn)手段，快速獲取理想的切削參數(shù)數(shù)據(jù)。而對(duì)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(jù)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(yàn)方法來獲取這些刀具的正確切削參數(shù)才是比較現(xiàn)實(shí)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(gè)難加工材料的實(shí)際應(yīng)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(dá)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(jié)合力強(qiáng)、不易產(chǎn)生變形、切除困難，應(yīng)選擇較大前角、較小主偏角、負(fù)刃傾角，以增加刀尖與刀刃強(qiáng)度。一般為:前角15°～20°，后角10°～20°，主偏角45°～75°。這主要是針對(duì)外圓刀切削的參數(shù)。而我們?cè)谟忙?0 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(zhì)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(zhì)量非常差。最后，通過我們學(xué)院工廠工具室選用了ISCAR公司生產(chǎn)的刀片型號(hào)為PENTA24N200J020材質(zhì)IC9087（PVD）涂層的五角霸王切斷刀，在機(jī)床加工材料以及冷卻液都不變的情況下，通過切削試驗(yàn)該刀具的耐用度和工件表面質(zhì)量都大大提高。得到這個(gè)結(jié)果的原因是該刀片材質(zhì)較硬，使得刀具的強(qiáng)度和剛度增強(qiáng)，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(shù)的選擇

在刀具選定之后，還要充分發(fā)揮該刀具的特點(diǎn)，使其能夠達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)中的批量生產(chǎn)狀態(tài)。根據(jù)目前狀態(tài)通過不斷改變切削參數(shù)，又進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，終于找到了一組較為可靠的切削參數(shù)，試驗(yàn)前后結(jié)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(shù)選擇

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

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(qiáng)化的Cr－Ni－Mo系奧氏體不銹鋼，由于具有較好的綜合力學(xué)性能，較強(qiáng)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(dǎo)熱率低，約為普通優(yōu)質(zhì)碳素鋼的1/3，阻礙了機(jī)加工過程中所產(chǎn)生熱量的散發(fā)，且其比熱率低，使得切削區(qū)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(yīng)遵循以下通用準(zhǔn)則:

（1）工件夾持伸出長(zhǎng)度盡可能短，并在夾具夾緊中以免出現(xiàn)振動(dòng);

（2）適當(dāng)增大后角，減小前角以增大切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度，減小工件與后刀面的摩擦。定時(shí)刃磨刀具，保持刀具的鋒利，防止刀具出現(xiàn)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(shí)，需要刀具剛性好，刀具前角、后角小。在精加工時(shí)，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(shí)際加工抗氫鋼零件的過程中發(fā)現(xiàn)影響生產(chǎn)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(tài)，冷卻不充分，刀具的磨損非常大，如果排屑不暢還會(huì)造成刀頭折斷。通過切削試驗(yàn)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(zhì)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(chǎn)的型號(hào)為PSCCOL010．1508－20材質(zhì)1C228（PVD涂層）的整體式硬質(zhì)合金刀具，在機(jī)床加工材料以及冷卻液都不變的情況下，通過切削試驗(yàn)該刀具的耐用度和工件表面質(zhì)量都大大提高，加工時(shí)間也大大縮短。

2．3 切削參數(shù)的選擇

在刀具選定之后，通過了一系列試驗(yàn)，終于找到了一組較為可靠的切削參數(shù)，試驗(yàn)前后結(jié)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(shù)選擇

通過表中可以看出，當(dāng)切削速度n=1 000 r/min時(shí)用時(shí)最短，但是由于耐用度太低，進(jìn)而需要花大量的時(shí)間來卸刀、重新裝刀、對(duì)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(shù)最為科學(xué)合理。

3 結(jié)語(yǔ)

通過以上兩種材料的切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在對(duì)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(yàn)切削來選擇最佳切削參數(shù)組合。只有這樣刀具和切削參數(shù)都得到了正確的選擇，才會(huì)充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)，大大節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間與生產(chǎn)成本。但由于在生產(chǎn)中會(huì)遇到許許多多不同的材料和不同結(jié)構(gòu)尺寸的要求，而我們手里的刀具又十分有限，這就要求我們?cè)谄綍r(shí)的加工過程中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)并要及時(shí)總結(jié)記錄，以便在今后的生產(chǎn)加工中產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在這里筆者也只是簡(jiǎn)單地探討了一下關(guān)于鉬和抗氫鋼兩類材料的加工中某一方面的試驗(yàn)結(jié)果，可能還有比這更科學(xué)更實(shí)用的結(jié)果，歡迎大家指正。