金屬切削加工工藝方法探究

陳禮敏

貴州省機械職業技術學校，貴州六盤水，553400

0 引言

隨著制造行業的快速發展，對于機械部件的制作精度要求越來越高。在零部件制作過程當中，金屬切削屬于核心工藝，用切削工具或者刀具，按照設計圖紙將金屬材料多余的部分進行切除，重新打磨以后，制作出符合機械生產的工件。切削工藝運用階段，金屬、刀具之間會產生相對運動，在切削過程中也會產生大量切屑，若要保證切屑順利脫落，需要在切削環節注意刀具角度、力度方面的控制，選擇合適角度才能將切削效率提高，得到精準的加工產品。不同的切削工藝優勢不同，適用的切削范圍也各不相同，在金屬切削階段，可能由于刀具使用方面存在問題，導致切削精度和實際要求不符，影響制造行業發展。因此，在運用切削工藝的時候，控制切削精度十分重要[1]。

1 影響金屬切削精度的主要因素

1.1 定位誤差的影響

在金屬切削工藝運用階段，如果工件存在定位誤差，可能影響加工精度。例如：工件定位基準與設計基準不一致的時候，定位誤差存在會導致過定位、欠定位等問題出現，嚴重時還會損壞工件，甚至影響裝配精度。

1.2 切削運動的影響

在金屬切削加工階段，工件和刀具之間會產生相對運動，對工件加工精度和質量都會產生重要影響。切削用量、刀具運動是主要影響因素，因為刀具切削環節會與工件產生劇烈摩擦，刀具與工件之間的相互運動導致摩擦生熱，刀具表面溫度快速升高，使刀具本身硬度受到影響，降低其耐磨性能，進而對加工質量造成影響。同時，刀具制造階段選材不同，產生的質量差異也各有不同。切削加工質量、精度會對切削速度、背吃刀量等造成影響，所以在切削加工過程中，技術人員要關注切削技術的選擇，還要注意保養切削工具，防止因切削運動方面因素對工件質量造成影響。

1.3 機床精度的影響

在金屬切削工藝運用過程當中，由于機床制造時本身存在精度誤差，加上切削過程切削力的存在，內外部溫度變化，以及振動和磨損等，導致金屬切削精度和質量等受到影響，因此機械加工質量與機床主軸回轉精度、導軌平行度、傳動系統精度以及各部件之間的相對運動精度等有關。

在加工過程中，機床主軸、加工端面以及導軌三者可形成立體空間，使導軌達到平衡狀態，同時導軌和加工端面相垂直。機械加工期間，機床主軸、加工端面二者之間為垂直狀態，此時還會產生垂直誤差。如果加工過程主軸傳動會沿著軸向進行，當主軸向前傳動或者向后傳動的時候，隨著誤差傳遞，誤差在加工末端產生累積。端面車削工藝運用階段，可能存在平整度誤差，原因是端面中間、邊緣兩處存在差距。導軌處于機床上運動，可以為零件位置確定提供安裝基準，同時，還能作為垂直運動、水平運動基準。由于導軌誤差對于加工精度可以產生直接影響，所以，導軌誤差的存在就會影響金屬切割零件精度。對比而言，導軌誤差垂直面產生的影響較小，不會對工件精度造成過高影響，水平面產生的直線誤差比較大。如果導軌平行度存在誤差，就會對工件精密度產生影響。此外，導軌平行度誤差還會引發刀架的運動誤差，影響工件制作。

通常而言，機床存在的幾何誤差是判斷其加工產品品質的關鍵所在，幾何誤差主要由機床主要部件的幾何形狀、相互位置以及相對運動軌跡決定。機床傳動精度在于傳動元件兩末端之間處于運動條件下，相對運動也會出現傳動誤差，比如：齒輪之間傳動副傳遞出現的誤差、帶輪之間摩擦產生的誤差，都屬傳動誤差。機床運動工作精度在于工作狀態時的精度，如精車外圓的圓柱度和圓度、精車端面的平面度以及精車螺紋的螺距等誤差。影響金屬切削精度的因素還有很多，比如：切削時的切削力和夾緊力、機床零部件受熱產生的變形，以及機床系統剛度等。

2 常用的金屬切削工藝方法

2.1 車削加工

在機械零件制作過程中，回轉面屬于常用的表面形式，回轉面的加工是車削工藝運用的主要實施方面。車削在各類加工工藝當中的應用最為廣泛。在工藝運用階段，機床零件裝夾各有不同，一般車床常用定位夾緊元件有三爪定心卡盤、四爪單動卡盤、頂尖、心軸和滑盤等。

安裝三爪卡盤的時候，定位精度在0.01～0.1mm即可，適合應用在短軸或者套盤零件上；四爪卡盤安裝需要找正，安裝精度在0.005mm即可，適合應用在方形或者不規則工件上；沙盤安裝需要注意平衡鐵的配置，預防加工過程出現振動，適合復雜工件安裝；頂尖安裝需要在工件兩側鉆中心孔，中心孔會對工件加工精度造成影響，適合長軸類工件的車削加工；心軸安裝需要借助內孔定位，使工件能夠緊貼心軸上，對于定位精度要求相對較高，難以承受過高的切削力。利用車削工藝加工工件，能夠保證工作面間位置精度，切削流程平穩，加上生產效率高，因此應用廣泛[2]。

2.2 鉆削加工

鉆削工藝的運用，在刃磨鉆頭階段，要注意主切削刃之間相互對稱，以抵消徑向的切削力。在鉆削階段可以選擇大直徑的鉆頭，頂角度數設置在90°～100°，能夠在預鉆過程形成錐形坑，達到鉆孔定心效果，預防鉆削階段出現偏移問題。鉆削屬于粗加工工藝，適合對表面質量或精度要求不高的鉆孔鉆削，比如：油孔或者螺栓連接孔。在擴孔時，切削刀刃不必延伸到中心，無須設置橫刃，防止其存在影響切削過程。擴孔鉆的刀齒數量在3～4個，擁有良好的導向性，因此切削平穩。

2.3 銑削加工

銑削加工不但生產效率高，而且可以實現多刀齒參與切削過程，提高金屬切削效率。同時，在切削加工過程中，各個刀齒可以依次向工件內切入，便于斷續切削，但在切入或者切除環節產生振動，可能影響工件表面粗糙度。經過高速銑削，刀齒經受周期性溫度變化，對于刀具耐用度產生影響，所以銑削加工也適合對金屬粗加工或者半精細加工[3]。

3 金屬切削過程中提高加工精度的幾點措施

3.1 運用切削液

在金屬切削加工過程中，因為切削產生熱量會對刀具材質造成影響，最終對產品加工精度造成影響，針對此問題，可以選擇切削液降溫。在金屬切削階段，切削力會阻礙切削進程，也會導致刀具出現彈性、塑性等變形。在切削區域形成大量熱，對刀具造成損傷，使得工件表面粗糙程度難以達到設計要求，甚至出現受熱變形問題。所以，針對薄壁零件的制作，在切削階段，相關人員要合理使用切削液，保證從金屬上切削下來的碎屑能夠被快速去除，降低工件表面和刀具表面之間的溫度，減少熱影響區的變形。

在切削加工過程中，從工件脫落下來的一些細小碎屑或磨粉，可能黏附在工件或刀具上，也會影響工件已加工表面質量，以及刀具的耐用度和機床精度，因此，在使用切削液時，加入大量的表面活性劑和少量礦物油，稀釋成乳化液，增加切削液的流動性和滲透性，同時，在澆注時給予一定壓力，會大大提高沖刷能力。

3.2 恰當使用裝夾工件

在金屬切削工藝運用時，若加工薄壁零件，要根據零件特點選擇裝夾工件。因為薄壁零件受到切削力影響，容易出現變形問題。使用合適的工裝，能夠將產品的加工精度有效提升。所以，在金屬切削過程中，盡可能規避三爪卡盤的使用，避免使用此類夾具直接對薄壁零件進行裝夾，由于此類工裝的使用特性，會將夾緊力匯聚在三個抓點位置，使工件變形風險增加。如果能夠將薄壁零件裝夾接觸面增加，讓夾緊力能夠均勻分布，就會改變金屬受力情況，進而控制工件的變形率。根據壓強和受力面積之間的關系，當物體受力面積增加的時候，所受到的壓強會降低。利用該原理將薄壁零件生產過程中夾持面積增加，可以選擇扇形爪或者開縫夾套作為輔助生產器具。實踐表明，以上方法的運用能夠控制切削成本，提高切削工藝運用的有效性。

除此之外，在金屬切削工藝運用快速發展環境之下，切削加工也步入現代化進程。在金屬切削領域，數控機床應用越來越廣泛，要求切削過程精準定位，使用智能夾緊工藝，利用彈性心軸，將其定位在薄壁套上，完成側面定位，將數控車床油缸和拉桿之間有效銜接，發揮油缸的驅動作用，實現智能夾緊，科學使用裝夾工件，輔助金屬切削過程順利進行[4]。

3.3 合理使用刀具

3.3.1 刀具選擇

刀具選擇要考慮切削部件本身性能，結合企業加工成本，選擇耐摩擦、耐高溫材質刀具，延長其使用年限，與此同時，還能縮短金屬加工成本，確保刀具使用有效性。在刀具選擇過程中，還要考慮金屬材料本身屬性和加工方法方面的差異，合理進行刀具選擇。在金屬零件打磨階段，要選磨粒大小適宜、做工精細和高硬度刀具。

3.3.2 幾何角度控制

（1）前角角度設置

刀具前角角度的大小設置決定其鋒利程度，當前角角度設置越大的時候，切削金屬時刀具就越鋒利；相反，刀具前角角度越小，在工件與刀具之間的摩擦也相對較小，產生熱變形程度越小。

對金屬工件（40Cr）進行切削的時候，如果選擇刀具材質為硬質合金，在粗車削階段，前角角度可以設置在5°～8°，這樣能夠增強刀具剛度；精車削階段，角度設置在8°～12°，能夠減少金屬工件、刀具之間的摩擦力，提高加工工件的表層質量。

前角的大小設置對加工精度的影響還體現在加工材料、刀具材料、工藝系統的剛性以及加工階段等，如加工塑性材料，應設置較大前角，加工脆性材料，應取較小前角，如硬質合金加工鋼料時，前角可選10°～12°；加工鑄鐵時，前角可選5°～15°，工件材料強度、硬度低時，可以取較大的前角；反之取較小前角。對于加工階段而言，粗加工為了提高效率，應該設置較小的前角；精加工階段，為了達到質量要求，需要取大前角，此外，工藝系統的剛性不足時，應該設置較大的前角，以提高工藝系統的剛度。

（2）后角角度設置

對于刀具后角設置進行分析，考慮到工件加工階段，彈性恢復層與刀具背面之間產生摩擦，后角是導致切削刃及后面磨損的直接原因，后角設置和摩擦程度息息相關。當后角角度增加的時候，工件和刀具之間的摩擦力會降低，進而將切削熱量減少；然而，若后角角度設置過大，就會降低刀具強度。比如：對薄壁零件進行切削，可以將粗車削過程后角設置減小，在精車削時，將后角角度增加，則減小摩擦，可提高車削時工件表面質量和刀具耐用度。因此，后角設置需要選擇一個合理的角度以獲得要求的加工精度。

（3）主偏角角度設置

金屬切削階段，由于刀具主偏角角度存在差異，因此導致切削力徑向和軸向大小存在差異。當主偏角角度逐漸增加的時候，產生的徑向切削力逐漸下降，而軸向切削力會逐漸增高。因此，在薄壁零件加工以及細長軸的加工中，為提高工件剛度，減少變形，通常選擇大的主偏角角度的刀具。

（4）負偏角角度設置

由于刀具的負偏角角度設置會對工件外表粗糙度造成影響，還會影響刀具強度。當負偏角角度過小的時候，可能會使加工工件表面摩擦增加，車削加工階段有振動情況出現。對此，對薄壁零件的切削處理，可以將負偏角角度設置在8°～15°。當金屬零件處于粗車削階段的時候，將負偏角適當提高，延長刀具的使用時間，以保證金屬工件表面的粗糙度合乎設計要求[5]。

4 結語

綜上分析，在制造行業發展過程當中，如果切削階段技術應用存在問題，必然會導致部件出現質量問題，最終影響制造行業發展。對此，行業人員要對常規的切削工藝優勢進行分析，根據實際需求，靈活選擇切削工藝。與此同時，在切削工藝運用階段，刀具的合理選擇和使用、切削液的使用、工件的裝夾以及現代仿真技術的應用變得十分重要，合理控制切削工藝運用流程，才能提高切削精度，保證金屬加工質量，促進制造業發展。