金属切削加工工艺方法探究

陈礼敏

贵州省机械职业技术学校，贵州六盘水，553400

0 引言

随着制造行业的快速发展，对于机械部件的制作精度要求越来越高。在零部件制作过程当中，金属切削属于核心工艺，用切削工具或者刀具，按照设计图纸将金属材料多余的部分进行切除，重新打磨以后，制作出符合机械生产的工件。切削工艺运用阶段，金属、刀具之间会产生相对运动，在切削过程中也会产生大量切屑，若要保证切屑顺利脱落，需要在切削环节注意刀具角度、力度方面的控制，选择合适角度才能将切削效率提高，得到精准的加工产品。不同的切削工艺优势不同，适用的切削范围也各不相同，在金属切削阶段，可能由于刀具使用方面存在问题，导致切削精度和实际要求不符，影响制造行业发展。因此，在运用切削工艺的时候，控制切削精度十分重要[1]。

1 影响金属切削精度的主要因素

1.1 定位误差的影响

在金属切削工艺运用阶段，如果工件存在定位误差，可能影响加工精度。例如：工件定位基准与设计基准不一致的时候，定位误差存在会导致过定位、欠定位等问题出现，严重时还会损坏工件，甚至影响装配精度。

1.2 切削运动的影响

在金属切削加工阶段，工件和刀具之间会产生相对运动，对工件加工精度和质量都会产生重要影响。切削用量、刀具运动是主要影响因素，因为刀具切削环节会与工件产生剧烈摩擦，刀具与工件之间的相互运动导致摩擦生热，刀具表面温度快速升高，使刀具本身硬度受到影响，降低其耐磨性能，进而对加工质量造成影响。同时，刀具制造阶段选材不同，产生的质量差异也各有不同。切削加工质量、精度会对切削速度、背吃刀量等造成影响，所以在切削加工过程中，技术人员要关注切削技术的选择，还要注意保养切削工具，防止因切削运动方面因素对工件质量造成影响。

1.3 机床精度的影响

在金属切削工艺运用过程当中，由于机床制造时本身存在精度误差，加上切削过程切削力的存在，内外部温度变化，以及振动和磨损等，导致金属切削精度和质量等受到影响，因此机械加工质量与机床主轴回转精度、导轨平行度、传动系统精度以及各部件之间的相对运动精度等有关。

在加工过程中，机床主轴、加工端面以及导轨三者可形成立体空间，使导轨达到平衡状态，同时导轨和加工端面相垂直。机械加工期间，机床主轴、加工端面二者之间为垂直状态，此时还会产生垂直误差。如果加工过程主轴传动会沿着轴向进行，当主轴向前传动或者向后传动的时候，随着误差传递，误差在加工末端产生累积。端面车削工艺运用阶段，可能存在平整度误差，原因是端面中间、边缘两处存在差距。导轨处于机床上运动，可以为零件位置确定提供安装基准，同时，还能作为垂直运动、水平运动基准。由于导轨误差对于加工精度可以产生直接影响，所以，导轨误差的存在就会影响金属切割零件精度。对比而言，导轨误差垂直面产生的影响较小，不会对工件精度造成过高影响，水平面产生的直线误差比较大。如果导轨平行度存在误差，就会对工件精密度产生影响。此外，导轨平行度误差还会引发刀架的运动误差，影响工件制作。

通常而言，机床存在的几何误差是判断其加工产品品质的关键所在，几何误差主要由机床主要部件的几何形状、相互位置以及相对运动轨迹决定。机床传动精度在于传动元件两末端之间处于运动条件下，相对运动也会出现传动误差，比如：齿轮之间传动副传递出现的误差、带轮之间摩擦产生的误差，都属传动误差。机床运动工作精度在于工作状态时的精度，如精车外圆的圆柱度和圆度、精车端面的平面度以及精车螺纹的螺距等误差。影响金属切削精度的因素还有很多，比如：切削时的切削力和夹紧力、机床零部件受热产生的变形，以及机床系统刚度等。

2 常用的金属切削工艺方法

2.1 车削加工

在机械零件制作过程中，回转面属于常用的表面形式，回转面的加工是车削工艺运用的主要实施方面。车削在各类加工工艺当中的应用最为广泛。在工艺运用阶段，机床零件装夹各有不同，一般车床常用定位夹紧元件有三爪定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、心轴和滑盘等。

安装三爪卡盘的时候，定位精度在0.01～0.1mm即可，适合应用在短轴或者套盘零件上；四爪卡盘安装需要找正，安装精度在0.005mm即可，适合应用在方形或者不规则工件上；沙盘安装需要注意平衡铁的配置，预防加工过程出现振动，适合复杂工件安装；顶尖安装需要在工件两侧钻中心孔，中心孔会对工件加工精度造成影响，适合长轴类工件的车削加工；心轴安装需要借助内孔定位，使工件能够紧贴心轴上，对于定位精度要求相对较高，难以承受过高的切削力。利用车削工艺加工工件，能够保证工作面间位置精度，切削流程平稳，加上生产效率高，因此应用广泛[2]。

2.2 钻削加工

钻削工艺的运用，在刃磨钻头阶段，要注意主切削刃之间相互对称，以抵消径向的切削力。在钻削阶段可以选择大直径的钻头，顶角度数设置在90°～100°，能够在预钻过程形成锥形坑，达到钻孔定心效果，预防钻削阶段出现偏移问题。钻削属于粗加工工艺，适合对表面质量或精度要求不高的钻孔钻削，比如：油孔或者螺栓连接孔。在扩孔时，切削刀刃不必延伸到中心，无须设置横刃，防止其存在影响切削过程。扩孔钻的刀齿数量在3～4个，拥有良好的导向性，因此切削平稳。

2.3 铣削加工

铣削加工不但生产效率高，而且可以实现多刀齿参与切削过程，提高金属切削效率。同时，在切削加工过程中，各个刀齿可以依次向工件内切入，便于断续切削，但在切入或者切除环节产生振动，可能影响工件表面粗糙度。经过高速铣削，刀齿经受周期性温度变化，对于刀具耐用度产生影响，所以铣削加工也适合对金属粗加工或者半精细加工[3]。

3 金属切削过程中提高加工精度的几点措施

3.1 运用切削液

在金属切削加工过程中，因为切削产生热量会对刀具材质造成影响，最终对产品加工精度造成影响，针对此问题，可以选择切削液降温。在金属切削阶段，切削力会阻碍切削进程，也会导致刀具出现弹性、塑性等变形。在切削区域形成大量热，对刀具造成损伤，使得工件表面粗糙程度难以达到设计要求，甚至出现受热变形问题。所以，针对薄壁零件的制作，在切削阶段，相关人员要合理使用切削液，保证从金属上切削下来的碎屑能够被快速去除，降低工件表面和刀具表面之间的温度，减少热影响区的变形。

在切削加工过程中，从工件脱落下来的一些细小碎屑或磨粉，可能黏附在工件或刀具上，也会影响工件已加工表面质量，以及刀具的耐用度和机床精度，因此，在使用切削液时，加入大量的表面活性剂和少量矿物油，稀释成乳化液，增加切削液的流动性和渗透性，同时，在浇注时给予一定压力，会大大提高冲刷能力。

3.2 恰当使用装夹工件

在金属切削工艺运用时，若加工薄壁零件，要根据零件特点选择装夹工件。因为薄壁零件受到切削力影响，容易出现变形问题。使用合适的工装，能够将产品的加工精度有效提升。所以，在金属切削过程中，尽可能规避三爪卡盘的使用，避免使用此类夹具直接对薄壁零件进行装夹，由于此类工装的使用特性，会将夹紧力汇聚在三个抓点位置，使工件变形风险增加。如果能够将薄壁零件装夹接触面增加，让夹紧力能够均匀分布，就会改变金属受力情况，进而控制工件的变形率。根据压强和受力面积之间的关系，当物体受力面积增加的时候，所受到的压强会降低。利用该原理将薄壁零件生产过程中夹持面积增加，可以选择扇形爪或者开缝夹套作为辅助生产器具。实践表明，以上方法的运用能够控制切削成本，提高切削工艺运用的有效性。

除此之外，在金属切削工艺运用快速发展环境之下，切削加工也步入现代化进程。在金属切削领域，数控机床应用越来越广泛，要求切削过程精准定位，使用智能夹紧工艺，利用弹性心轴，将其定位在薄壁套上，完成侧面定位，将数控车床油缸和拉杆之间有效衔接，发挥油缸的驱动作用，实现智能夹紧，科学使用装夹工件，辅助金属切削过程顺利进行[4]。

3.3 合理使用刀具

3.3.1 刀具选择

刀具选择要考虑切削部件本身性能，结合企业加工成本，选择耐摩擦、耐高温材质刀具，延长其使用年限，与此同时，还能缩短金属加工成本，确保刀具使用有效性。在刀具选择过程中，还要考虑金属材料本身属性和加工方法方面的差异，合理进行刀具选择。在金属零件打磨阶段，要选磨粒大小适宜、做工精细和高硬度刀具。

3.3.2 几何角度控制

（1）前角角度设置

刀具前角角度的大小设置决定其锋利程度，当前角角度设置越大的时候，切削金属时刀具就越锋利；相反，刀具前角角度越小，在工件与刀具之间的摩擦也相对较小，产生热变形程度越小。

对金属工件（40Cr）进行切削的时候，如果选择刀具材质为硬质合金，在粗车削阶段，前角角度可以设置在5°～8°，这样能够增强刀具刚度；精车削阶段，角度设置在8°～12°，能够减少金属工件、刀具之间的摩擦力，提高加工工件的表层质量。

前角的大小设置对加工精度的影响还体现在加工材料、刀具材料、工艺系统的刚性以及加工阶段等，如加工塑性材料，应设置较大前角，加工脆性材料，应取较小前角，如硬质合金加工钢料时，前角可选10°～12°；加工铸铁时，前角可选5°～15°，工件材料强度、硬度低时，可以取较大的前角；反之取较小前角。对于加工阶段而言，粗加工为了提高效率，应该设置较小的前角；精加工阶段，为了达到质量要求，需要取大前角，此外，工艺系统的刚性不足时，应该设置较大的前角，以提高工艺系统的刚度。

（2）后角角度设置

对于刀具后角设置进行分析，考虑到工件加工阶段，弹性恢复层与刀具背面之间产生摩擦，后角是导致切削刃及后面磨损的直接原因，后角设置和摩擦程度息息相关。当后角角度增加的时候，工件和刀具之间的摩擦力会降低，进而将切削热量减少；然而，若后角角度设置过大，就会降低刀具强度。比如：对薄壁零件进行切削，可以将粗车削过程后角设置减小，在精车削时，将后角角度增加，则减小摩擦，可提高车削时工件表面质量和刀具耐用度。因此，后角设置需要选择一个合理的角度以获得要求的加工精度。

（3）主偏角角度设置

金属切削阶段，由于刀具主偏角角度存在差异，因此导致切削力径向和轴向大小存在差异。当主偏角角度逐渐增加的时候，产生的径向切削力逐渐下降，而轴向切削力会逐渐增高。因此，在薄壁零件加工以及细长轴的加工中，为提高工件刚度，减少变形，通常选择大的主偏角角度的刀具。

（4）负偏角角度设置

由于刀具的负偏角角度设置会对工件外表粗糙度造成影响，还会影响刀具强度。当负偏角角度过小的时候，可能会使加工工件表面摩擦增加，车削加工阶段有振动情况出现。对此，对薄壁零件的切削处理，可以将负偏角角度设置在8°～15°。当金属零件处于粗车削阶段的时候，将负偏角适当提高，延长刀具的使用时间，以保证金属工件表面的粗糙度合乎设计要求[5]。

4 结语

综上分析，在制造行业发展过程当中，如果切削阶段技术应用存在问题，必然会导致部件出现质量问题，最终影响制造行业发展。对此，行业人员要对常规的切削工艺优势进行分析，根据实际需求，灵活选择切削工艺。与此同时，在切削工艺运用阶段，刀具的合理选择和使用、切削液的使用、工件的装夹以及现代仿真技术的应用变得十分重要，合理控制切削工艺运用流程，才能提高切削精度，保证金属加工质量，促进制造业发展。