于长生：浅析切削工艺在制造行业中内涵 |
| 2013-05-09 11:19 作者：于长生 来源：《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第23期刊文称，机械工艺自工业革命以来一直处于飞速发展状态，而与工程质量与效果密切相关的切削工艺更是从简单的人力、机械力发展到如今的电子化、自动化的高水准，其精确度、工作效率、工作质量都在不断提升。机械生产流程的切削阶段作为生产基础工艺，同时又是许多数控系统所必不可少的配套工艺，为制造业的飞速发展、效益提升，起到积极的推动作用。
1切削工艺的重要行业地位
机械加工作为制造产品步入市场的首要环节，既是利用一些机械设备、电子设施及人力行为，对工件的原始状态进行材质整合、外形尺寸以及性能方面给予改变的一个过程，其程序繁琐复杂，环环相扣，中间一个步骤的成与败关系着整个产品流程完善与否。而根据被加工物件所处的温度状态，将机械加工分为了冷加工、热加工两大类，每一个工艺流程都有着自己的标准参数，是严格要求的特定的加工工艺，切削加工属于冷加工的一种工艺流程。
现如今，机械制造行业中，切削工艺所占据的比例达到80%以上，贯穿于各类机械产品的制造全过程，其用途及重要性是显而易见的，也是由于切削工艺存在的普及型和特殊性，其分类根据技术要求和工艺手段的不同，列出了不同的切削工艺类别，比如根据其技术要求或是精确度，可以将其分为粗加工、半精加工、精加工、竞争加工、超饰加工和超精密加工等；而根据工艺手段，可以分为车削、钻销、刨销、锯切、超精加工、刨光等等。种类繁多的切削工艺，适用于不同的层次需求，存在于工业的各个角落，其技术手段、工艺流程的不断提升，为机械制造行业的快速、稳定发展竖起坚实的后盾保障。
2切削工艺的基本诠释
2.1切削工艺的独有特性
切削工艺的工序多样化，切削手段颇多，在机械工艺中，可以根据技术要求，切削不同规格的需要，适应不同层次的需求，加工各类工件毛坯，各种尺寸、形状、重量均可以进行加工处理，甚至完成相对复杂繁琐的工件形态；其次，由于多种规格的切削种类，对切削质量有严格要求，外形、尺寸、位置精度以及表面质量都可以达到高标准水平，例如其表面粗超度保持在Ra25-0.008μm以内；除此以外，既然是切削工艺，其所用刀具的硬度必须要大于工件材料，配备好的切削工具的完整严密的切削工艺流程，提高了生产效率、工作质量及安全性能。反之，由于以上特性的存在，促使切削工艺不足以完成一些比较复杂的细微零部件结构的加工处理，也无法对强度高、硬度大的特殊工件材质进行加工，这些不足之处也是今后切削工艺持续发展的空间所在。
2.2切削工艺具体流程
2.2.1切削的主要运动模式
切削工件的形状种类繁多，归纳起来可以概括为这几类表面构成，即平面、外圆面、内圆面、成型面、圆锥面，根据不同表面构成，其切削的运行方法有所不同，而在切削过程中刀具与工件形成一种相对的运动，称之为切削运动。
切削运动可以将其划分为主运动和进给运动连个部分，主运动只有一个，是消耗最大、速率最高的运动，也是切下切屑的基本运动状态；而进给运动可以使一个也可以是多个，是将多余材料连续不断的进行切削，以保障形成一个完整的零件表面要求的一种运动状态。
2.2.2切削的技术要素
切削工艺的概念中，可以分析得出，切削的要素主要有两个技术指标构成，其一为切削用量，其二为切削层的几何参数。
切削用量顾名思义就是切削运动过程中，各个运动参数的数量，是切削速度、切削深度以及进给量三个要素的总称，这三个基本要求也是机床设备进行合理调整的基本依据。
切削层的几何参数可以从切削的宽度、厚度、面积等方面进行技术核定，其数据要求直接彰显了切削刀具所应该承受的负荷大小，并直接影响到质量、效率以及设施的磨损程度。
2.3切削工艺发展
随着机械与电子工艺的普及，切削工艺取得了长足的发展，特别是作为主导的数控切削工艺，已经跨入高速切削新的工艺等级，其刀具设施以及方式方法都取得了显著地提高，彰显了其特殊的优越性和实用性，成为切削技术发展的主导方向。
高速切削是以健全的制造技术的基础上得以不断创新发展的切削工艺，是现状下比较可靠而又高效的切削模式，其主运动速度最高可达到60000r/min，进给速度也能达到90m/min，其速度大于零部件的临界切削速度，实用而高效。高速切削的有效实施一方面要求机床设备具备更高要求的运行速率，精确程度以及强硬程度，另一方面，刀具的使用也越加精益求精，硬度、耐磨性、经济性、安全可靠性要求愈加强烈。高速切削的不断创新发展也是制造业不断发展的必然要求，资深专家罗宝辉曾指出，现如今的高速切削技术的提高不仅仅是速度的提高，是需要在制造技术进一步创新和发展的基础上，实现数控机床、刀具材质、工艺设计等的全面提高，只有这样才能实现切削过程中切削速度和进给速度的有效提升，保障工作效率的提升。由此，达到预期目标，就要求努力做好高速切削的理论研讨，完善数据资料，加强刀具的标准性以及系列化的研究，推广干式切削技术、成本合理性等方面的内容，在实践中进步，在进步中积累，在积累中促发展。
3影响切削质量的因素
3.1切削工艺的设备设施
3.1.1机床设备的选择
高速切削技术与传统的切削技术有着很大的区别，其主要区别在于机床与刀具、零件的整体机动性对于切削效果的影响非常显著，为了满足高速切削工艺，在选择机床设备上，要求具备高速的主机运动速度和进给运动速度，首先就要加强机床的刚度，尤其是主轴，一般运用DN值即无量纲参数，是用主轴的直径与在每分钟的转速的乘机来运算，现如今的基本DN值基本都超过了100万，DN值是用来测评机床的适应性的基本参数。其次，机床的运动性能也对工序的加工效率和精度有着直接的影响，当前一般选用的都是高速数控机床，达到生产及工艺要求。
3.1.2刀具的选择
根据工艺的不同，产品精确程度的不同，工材品种的不同，刀具也存在很多选择性，其实刀具是伴随着高速切削工艺不断研发而不断的创新与进步的，在高速切削工艺中，其代表性刀具材料是VBN即立方氮化硼，这种材质的刀具的切削速度可以达到5000m/min，用于灰口铸铁的切削加工，而PCD及聚晶金刚石，多用于含有SIO2的铝合金工材的切割加工，这种材质的重量小，强度大，5000m/min的切削速度已经在实际工艺中使用。此外还有陶瓷刀具，也可以用在灰口铸铁的切削工艺中。
刀具在切削过程中，避免不了的磨损，这就要考虑刀具是实用性、耐用度及磨损情况，其实刀具的耐用度可以用比较直观的方法去验证，比如在切削过程中发出的切削声音、切削掉的材料屑的颜色和经过切削后工件表面的粗糙程度等，这下比较直观的判断可以让操作人员粗略掌握现用刀具的使用情况，而这些感官的检验也表明刀具已经出现了明显的磨损，在刀具的刀面上都有VB标准，这也是磨损高度的衡量尺度，但是在实际运用中，使用VB检测磨损度有不方便之处，因此，一般都已刀具的使用期限或工作量等来决定刀具能否继续使用，这也就产生了一个新的名词既是耐用度，简言之就是两次刃磨之间实际运行切削工序的时间。而影响到刀具耐用程度或是磨损的原因有很多，主要是被切削工件的材质、刀具本身材质以及工艺方式、切削用量和是否使用切削液等方面。
3.2切削热、切屑温度以及切削液
3.2.1理解在切削工艺中的切削热
切削本身就是金属与其他材质之间的摩擦，在物理学中称之为功能，在高速运转状态下，其功能很大比例都转变成为热能，就是所谓的切削热，它通过刀具自身、材料以及切削和周围其他介质进行传导，对于刀具而言，所接受到的热能并不多，但是由于其接触面积为刀刃部分，比较小，所以加速了对刀具本身的磨损程度；这些热能主要度被切削的材料有很大的影响，随着温度的不断提升，可能会导致材料的变形，从而不能完成预期的设计形态、因此，应该尽可能的减少热量的产生，改善散热功能。
3.2.2切削温度
由切削热能的产生，必然会形成切削工序中的温度变化，其数值的高低，主要受切削热量能否快速散出影响，如果切削的温度很高，与切削热同样概念，对工材以及道具都会产生很大的影响，所以，在选择道具材质、完善工艺流程上做好功课，比如如果切削速度提高一倍，切削温度会增加20%-30%。
3.2.3切削液的使用
切削液的存在就是为了降低切削温度，减少切削热量，这三者本身就是一种共存的形态，除此以外还可以起到润滑、清洗以及防锈的效果，切削液的种类繁多，效果也不同，大致分为水溶液、乳化液、切削油三种，根据工艺要求及刀具、工材材质不同，可以选择不同的切削液。
伴随着时代前进的步伐，人们对环保节能、安全经济等有了更深入的认识和理解，从最初的切削液占成本的不到3%，到如今已经达到成本的近15%，以及切削液使用后的残余，含有许多的废弃物资，不仅有污染性，还有气危险性，就现在的健康发展理念而言，其实实用性已经被市场所疑虑，由此产生了新型可靠的切削手段，既是硬切削工艺。
总之，为了应对市场的需求，切削工艺随着制造产业不断的发展也在自我创新，科技在进步，技术在发展，坚信在不久的将来，切削技术一定可以摒除其现存缺陷，攀登到一个新的高度。
作者简介：
于长生（1985-），男，辽宁省大石桥市人，本科，机电专业单位：山东电力建设第三工程公司工作，研究方向：机械加工技术。 |
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