机械加工过程中的刀具磨损分析

・８・　２０１５年４月　工程技术　工程技术　

机械　－ｒ．过程中的深孔加工技术分析　

粱俊　

（合肥力威汽车油泵有限公司，安徽合肥２　３００４１）　

摘　要：机械加工行业是保证我国工业化进程顺利实施的关键。随着机械加工业的发展，其各项工艺技术也得到了快速的　

演变。同时，在机械ｋ＿Ｔ－过程中，深孔加工技术是整个机械加工的关键所在。下面，就一起跟随本文对机械加工过程中的深孔　

加工技术进行一个简单的分析与探讨。　

关键词：机械加工；深孔加工；技术　

中图分类号：ＴＵ７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１．５５８６（２０１５）１０．０００８－０１　

在机械加工过程中，深孔加工是一项十分复杂的工序，同　

时也是出现问题较多的一道工序。因此，为保证机械加工过程　中的各项工序顺利实施，就必须要对深孔加工技术进行优化，　

这也是目前机械加工行业所最为重要的任务之一。　１什么是深孔加工技术　

所谓的深孔加工主要是指在机械加工过程中孔的长度与　

孔的直径之比大于１Ｏ的孔。深孔加工技术在我国的起步较早，　

目前各项技术均已相对较为成熟。目前就一般机械加工企业　来看，深孔加工时深孔与直径的比值一般为Ｌ／ｄ　１００。例如：　

油箱孔、各种轴的轴向孔、空心主轴孔等。　

２深子Ｌ加工技术的难点　

深孔加工中由于对质量及其他方面的要求均较高，因此在　技术加工上有着诸多的难点：首先，由于机械加工过程中深孔　

加工时速度不能太快，因此一般作业效率均不高，其次在深孔　

加工时工作人员无法观察到设备切削时的情况，而只能通过设　备切割时所发出的声音来判断深孔加工是否达到一定的标准要　

求，这种方式在一定程度上是很容易出现误差的。再次，一般　

而言，深孔加工的长径距离是较大的，因此用于切削深孔的刀　具等设备就相对较长较细。但由于刀具较长较细的特点，导致　

钻具自身的钢性强度较差，同时由于该设备刀具刃口偏差等问　

题，从而在工作时产生较大的振动，很容易在作业过程中使钻　

孔因受到的振动较大等原因而发生偏离设计的现象。针对这一　

分析数控车削中刀具磨损对加工精度的具体影响情况

摘要：20世纪80年代以来，因为数控技术提升，让机床的主轴和给进系统一些功能的零件制造有了新的突破，这让主轴的运转速度和给进速度都有了很大幅度的提升，随着现今制造技术的全面升级和推动下，数控车削技术也进入了新的开发领域。刀具的磨损致使部件的尺寸出现误差，而误差是大是小就是由刀具的磨损程度以及刀具的切削刃和部件的构造形状决定的，因为切削的刀具受到的磨损是持续不断的，所以为了保障部件的加工精度，当切削的刀具出现磨损而且达到了一定的磨损程度或是磨损量超出了允许的范围，这都要及时的进行维修或是更换进行重新的调整。

关键词：数控车削 刀具磨损 加工精度

1.数控车削中刀具出现磨损的原因

当前，高速切削已经在航空、汽车、模具等等制造行业中都得到了广泛的应用，带来了突出的经济收益，并且也正向其他的领域进军拓展。在数控车削中高速的切削加工对刀具有了更高的要求。资料显示，在高速的切削中，刀具会因为在机械的高速运转中发生摩擦、崩刃、破碎、粘结、变形以及化学反应的磨损等等，这对要在高速切削中使用到的刀具材料需要耐磨、耐热、抗热震、化学稳定和防涂层破裂等等性能。在数据车削中刀具的切削力是用来描述在切削中的基本参数，最近几年以来，从制造加工的机床数控技术的提升，切削力也已经成为了控制和掌握切削过程中的一个重要的数据反馈信息。切削力的大小变化也直接决定了切削时产生的热量影响刀具的使用时间和磨损情况，从而对部件的加工精度和部件的质量有了影响。车削部件的精度是控制掌握产品质量的一个非常重要的因素，而且和刀具的使用、材料和切削力与加工部件的相对运动都有密切关系。

2.分析数控车削中刀具磨损对部件加工的影响的意义

影响加工部件的因素有很多，而最主要的原因之一就是在加工过程中刀具的使用磨损。在实际的部件加工中，有效的掌握切削刀具的磨损程度对部件加工精度的影响规律能在一定的程度上控制部件的产品质量和加工精度，这具有非常重要的现实意义。由此可以看出，刀具的切削力十分的重要，而影响切削力的原因也很多，例如机床的运转速度、切削的给进速度、切削中的深度和磨损等等。刀具的磨损不仅对刀具本身的切削力很大的影响，并且在对部件的切削中，刀具的磨损会直接影响部件加工的精度和表面的质量，更甚者是严重的刀具磨损和破损还会引发切削共振，随带磨损刀具、部件好和机床。目前就国内而言，对切削力的研究大部分是依据切削的速度深度和机床的转速等一些外部因素而判断的，真正意义上的刀具对切削力的影响研究比较少，而且有关数控车削中刀具磨损对加工精度的具体形象因素分析也相对较少。由于刀具的切削刃发生了磨损之后改变了刀具和部件之间的接触方法，从理论上描述的接触由线变为了面，这就加大了切削刃与部件之间的摩擦，致使切削刃的磨损程度加大，而且也影响了部件加工的精度，所以，对于分析研究刀具磨损对部件加工精度和切削力的现实影响有十

PCD刀具加工铝合金表面粗糙度及刃口磨损分析

PCD刀具材料硬度高、导热性好、摩擦系数小，使得切削力降低、刀具磨损缓慢、切削过程更为稳定，有利于降低表面粗糙度。高速车削时工件表面可达到镜面效果，是目前车削铝合金理想的刀具材料。在使用过程中应关注工件表面粗糙度和刃口磨损情况。

对铝合金工件表面粗糙度影响因素如表1所示：

表1

影响因素 变化 粗糙度变化

进给量 增大 增大

切削速度 增大 减小至一定值后趋稳

切削深度 增大 不明显

金刚石粒度 增大 增大

PCD刀具加工铝合金刃口的磨损形式与传统刀具有所不同，主要表现为粘结磨损、扩散磨损和聚晶层破损，其特点如表2所示：

表2

刃口磨损形式 特点

粘结磨损 采用不同线速度加工铝合金，肉眼未见粘刀现象及积屑瘤，为非主要磨损方式。

扩散磨损 切削铝合金时具有优异的抗扩散磨损能力，很适合加工铝合金，为非主要磨损方式。

聚晶层破损 物理机械破损，在加工过程中刃口受到冲击造成细微崩口或粘结剂丢失造成金刚石颗粒的剥落形成豁口，出现聚晶层破损会直接影响加工精度并使工件报废。目前为PCD磨损的主要原因。

刃口磨损主要应对措施：

（1）合理选择PCD牌号

精加工或超精加工，应选用强度高、韧性好、抗冲击性能好、粒度细的PCD刀具。粗加工一般选择粗颗粒PCD，PCD颗粒越粗，刀具的抗磨损性能越强。在保证加工精度和质量的前提下，优先选用粒度粗的PCD。

（2）合理选择刃口形式

表3 刃口形式 特点 适合加工铝合金种类

尖锐角 刃口锋利，切削轻快，可明显减小切削力，提高加工表面质量，减少毛刺的形成。 低硅铝合金精加工

钝圆 将刀具刃口钝化出一个R角，可明显降低刀刃折断的风险。 中/高硅铝合金

倒棱 增大刀刃的棱角，使其更稳固，但切削加工时刀刃受到的压力和切削抗力也会增大。 高硅铝合金的重载切削

（3）合理选择刀具角度

PCD刀具主偏角在铝合金加工中主要起到提高刀具强度和分配切削力的作用，主偏角小时，切削宽度长，单位切削刃长度上受力小；主偏角增大，径向分力减小，切削平稳，切削厚度增大，断屑性能好。

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影响刀具磨损的原因分析及改善措施

作者：杨启鹏

来源：《活力》2009年第17期

在金属切削过程中,刀具在高温条件下,受到工件、切削的摩擦作用,使刀具材料逐渐被磨耗或出现破损。当刀具磨损达到一定程度时,容易引起震动、啸音、切削形态和颜色的改变,加工精度和表面光洁度下降,切削力和动力消耗随之增加。所以研究刀具磨损原因,防止刀具过早、过多磨损以及如何延长刀具使用寿命,这是影响生产效率、加工成本和加工质量的一个重要课题。

刀具磨削时有以下几种磨损机理。

(1)磨粒磨损:在工件材料中存在着碳化物、氧化物和氮化物等硬质点。在铸、锻工件表面上存在着硬的夹杂物和切屑、加工表面上粘着硬的积屑残留片,这些硬质点在切削时如同“磨粒”对刀具表面摩擦和刻划作用致使切削刃刀面磨损。磨粒磨损时一种“机械摩擦”性质磨损,时高速钢磨损的主要原因。

(2)相变磨损:工具钢刀具在较高速度切削时,由于切削温度升高,使刀具材料产生相变,硬度降低,若继续切削,会引起前面塌陷和切削刃卷曲。硬质合金刀具在高温(>900℃)、高压状态下切削也会因产生塑性变形而失去切削性能。因此,相变磨损是一种“塑性变形”破损。

(3)黏结磨损:黏结磨损亦称冷焊磨损。当刀具材料与工件材料产生黏结时,两者长生相对运动对黏结点产生剪切破坏,将刀具材料黏结颗粒带走所致。刀面与工件间产生黏结是由于刀面上存在着微观不平度,并在一定温度条件下,刀具前面黏结着机械瘤刀面硬度降低与工件材料黏结及工件与工具元素间亲和造成的。在高温高压作用下刀具表面层材料性能变化,当工件与刀具产生相对运动时,刀具材料的黏结颗粒被带走而形成了黏结磨损。

(4)扩散磨损:扩散磨损是在高温作用下,使工件与工具材料中合金元素相互扩散置换造成的。如:硬质合金中的钨原子和碳原子向切屑扩散,切屑中铁、碳原子向刀具扩散,从而改变刀具表面材料,减低了刀具的硬度和耐磨性从而造成刀具磨损。