機械制造過程中金屬切削工具的應用探討

于云峰，金葆青

（江蘇財經(jīng)職業(yè)技術學院，江蘇 淮安223001）

關鍵字：機械制造；金屬切削；現(xiàn)狀；應用

金屬切削工具是機械加工的重要輔助設備，是機械加工過程中必不可少的，發(fā)揮著至關重要的作用。在機械制造的過程中，切削工藝水平、工具的選擇、工具的質量等直接關系到機械加工的效果和質量，進而對機械制造成品產(chǎn)生影響，也會影響機械制造的經(jīng)濟效益。但是，金屬切削工具在使用的過程中容易發(fā)生磨損，出現(xiàn)工具選擇不合適等問題，對切削的精度產(chǎn)生不利影響，也會影響機械制造的效率和質量。因此，在進行機械制造時，有關人員應強化對技術切削工具的重視，優(yōu)化金屬切削工具的選擇和應用，充分發(fā)揮金屬切削工具在機械加工中的優(yōu)勢，進而強化工具在機械加工中的應用效果，推動機械制造整體質量的增強，推動機械制造業(yè)的良好發(fā)展。

1 我國金屬切削工具的現(xiàn)狀

1.1 金屬切削工具的現(xiàn)狀

隨著社會的高速發(fā)展和建設，制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模也越來越大，發(fā)展速度也隨之提高。金屬切削工具作為機械制造的重要設備，在機械制造業(yè)中得到了較多的應用。但是，從國內金屬工具的發(fā)展現(xiàn)狀來看，我國金屬切削工具的質量參差不齊，部分企業(yè)為了以更低的成本獲得更高的效益，不顧工具的生產(chǎn)和使用對環(huán)境所產(chǎn)生的影響，生產(chǎn)質量低下的切削工具。這不僅會對機械制造效率產(chǎn)生不利影響，還會影響環(huán)境。然而，高端的金屬切削工具則較為缺乏，高端復雜產(chǎn)品的研究還有待進一步增強，航空航天、高鐵、汽車等領域的高端金屬切削工具主要依賴進口。從金屬切削工具的生產(chǎn)角度來看，以往主要是生產(chǎn)高速鋼切削工具，如今則主要是以生產(chǎn)硬質合金切削工具為主，旨在增強切削工具的硬度，但是我國生產(chǎn)的切削工具多數(shù)還是低檔產(chǎn)品，工具的應用有效性還有待提高，而且切削工具生產(chǎn)所耗費的材料較多，材料耗費與經(jīng)濟效益不匹配，也容易造成資源的浪費。因此，我國還應強化對金屬切削工具的研究和發(fā)展，還應有效提高金屬切削工具的質量和檔次，積極地研究適合機械制造行業(yè)的高精尖切削工具，有效地促進機械制造業(yè)的發(fā)展，使我國由機械制造大國向機械制造強國轉變。

1.2 金屬刀具的材料

金屬切削工具的材料選擇也是一項重要內容，不同的材料在機械制造中所發(fā)揮的作用也具有顯著的不同。從現(xiàn)有的刀具材料來看，金屬切削工具的材料主要可以分為高速工具鋼、硬質合金以及超硬材料這三種類型：

首先是高速金屬鋼材質。該材質作為合金工具鋼的一種，具有較高的強度，主要是由Co、Cr、W等元素在內的多種元素構成，能夠耐高溫，在500至600攝氏度內，其內部的一些金屬元素依然能夠保持較高的硬度，這就使得該金屬刀具在進行機械制造切割時，能夠保持較高的硬度，能夠有效發(fā)揮金屬切割的作用。而且，該材料還具有較高的韌性和可塑性，這就使得該材料刀具能夠被打造成各種形狀，有助于打造成切割所需的復雜形狀，能夠在切割中更有效地發(fā)揮作用。

其次是硬質合金材料。該金屬工具材料的應用具有較長的時間，在金屬切割中扮演著至關重要的作用。依據(jù)國際劃分標準，可以將該材料劃分為K類、M類以及P類合金，這三類合金具有不同的特點，其主要成分分別為以燒結形成的WC-Co、P類合金中添加的Ta C以及K類添加的Ti C構成，分別用于切割不同類型的金屬工件，在白鑄鐵、合金鑄鋼、不銹鋼等工件切割中具有良好的應用。

最后是超硬刀具。該類金屬刀具主要指聚晶金剛石PCD、立方氮化硼CBN以及陶瓷材料。這些材料在硬度以及耐磨性方面具有顯著的優(yōu)勢，這也是金屬切割的重要需求，在金屬切割工作中也具有良好的應用前景。對于金剛石，主要是由金屬粘合劑以及金剛石粒組成的，將二者進行鍛造和燒結而形成的一種復合物。該材料具有極強的硬度和耐磨度，有助于金屬切削工作的開展，但是該材料在高溫下不具有良好的穩(wěn)定性，而且容易在鐵中溶解，其主要是在碳纖維增強塑料、高硅鋁、非鐵等材料加工中進行應用；對于CBN材料，該材料具有良好的韌性以及耐熱性，主要有陶瓷粘合劑和CBN復合而成以及金屬粘合劑和CBN復合而成這兩種，加入陶瓷粘合劑主要是有助于增強該材料的耐磨性，加入金屬粘合劑的CBN則具有較高的韌性，該材料能夠在切削淬硬鋼精車中進行應用；對于陶瓷材料，該材料主要是由Al2O3構成，在制作陶瓷材料工具時，主要是將該成分研成粉末，并且在粉末中添加少量的金屬粉末，然后在高溫下將其燒制成陶瓷刀具。陶瓷材料制作的刀具具有良好的硬度，其耐磨性也較高，而且該材料具有較低的熱傳導性，這就使得在較高的溫度下，該材料工具依然能夠滿足切削所需的硬度。但是由該材料制作而成的刀具韌性相對較差，在實際應用過程中容易發(fā)生斷裂，在機械制造中不能夠承受較大的沖擊。

1.3 金屬切削工具的分類

1.3.1 低溫切削工具

低溫切削工具是一種重要的金屬切削工具，其主要是在低溫環(huán)境中進行運作，在低溫狀態(tài)下進行加工。利用低溫切削工具進行加工時，由于冷切屑具有良好的導熱性，則能夠吸收較多的熱量，這就使得切削點能夠保持在低溫的狀態(tài)，切削時不借助切削液，也能夠促使金屬切削工具較為鋒利，具有較好的環(huán)保性能。低溫切削工具在機械加工中發(fā)揮著重要的作用，而且還具有較高的鋒利性和環(huán)保性，已經(jīng)在較多的企業(yè)機械制造中進行應用，尤其在日本較多的機械廠進行使用。

1.3.2 干式切削工具

干式切削工具和低溫切削工具都是金屬切削工具的重要組成部分，但二者的加工原理卻存在較大的差異性。干式切削工具主要是利用金屬刀具和切屑物之間的摩擦，通過摩擦產(chǎn)生較高的熱量，利用高溫完成機械加工。在利用干式切削工具時，同樣可以減少切削液的使用，在一定的程度上可以降低對環(huán)境的破壞，也具有較高的綠色環(huán)保性能。但是，干式切削工具在使用過程中，由于其前角較大，前后傾斜度具有較大的差異性，使得刀具的刀尖具有較低的強度，進而容易導致切削工具產(chǎn)生較大的磨損，也會對切削工具的切削速度產(chǎn)生較大的不利影響。因此，在使用該工具時，要選擇具備較高硬度的設計材料，同時還要具備較高的耐熱性。另外，由于該工具在使用時容易產(chǎn)生磨損，具備較低的強度，則在使用時要充分考慮工具與溫度之間的平衡點，進而提高切削工具的使用效率。

1.3.3 快速切削刀具

快速切削刀具也是金屬切削工具的一種，在機械制造中也發(fā)揮著重要的作用。與低溫切削工具和干式切削工具相比，快速切削工具則具有較快的切削速度，能夠在更短的時間內完成切削任務，同時還具有較高的穩(wěn)定性，在切削過程中不易發(fā)生震動。雖然快速切削工具具有較高的切削速度，但是也會帶來較高的磨損程度，且磨損主要集中在刀尖部分，這就使得刀具的刀尖部分容易變薄。因此，在使用快速切削工具時，需要重點關注刀具的刀尖磨損，要充分考慮對刀具刀尖的保護，有效預防和緩解刀尖的磨損，以便延長刀具的使用時長。同時，由于快速切削工具具有較高的速度，所以在對該工具的材料進行選擇時，要注重選擇PCBN（聚晶立方氮化硼）、單晶金剛石等具備較高硬度的金屬材料，以增強該工具的應用效果。

2 金屬切削工具在機械制造中的作用

2.1 金屬切削工具有助于提高機械加工水平

在機械制造過程中，常常使用切削機床進行輔助，利用多種類、高轉速的切削機床開展機械制造生產(chǎn)。但是，在進行機械制造中，僅僅使用切削機床則無法獨立完成切削任務，不具備實際的切削能力，這就需要借助能夠進行切削的金屬切削工具，對材料進行切削和加工。高質量的切削工具能夠更快、更好地完成切削任務，有利于提高機械加工制造水平，為機械生產(chǎn)技術的優(yōu)化和改進提供較大的助力，也會進一步提升機械制造的經(jīng)濟效益。

2.2 有助于提高機械制造效率

切削作為機械加工制造的重要環(huán)節(jié)，切削的精準度、速度直接關系到產(chǎn)品加工制造的質量和效果，良好的切削水平則有助于提高機械加工的效率以及加工的質量，有利于更有效地滿足產(chǎn)品要求。金屬切削工具是影響切削效果的關鍵，先進的金屬切削工具能夠確保切削的質量，同時也能夠更顯著地提高機械加工制造的效率。比如，在生產(chǎn)汽輪機組的過程中，使用新型鉆頭對高合金鋼進行加工，則能夠顯著地縮短汽輪機組的生產(chǎn)時間，有效地提高其生產(chǎn)效率。而且，在進行航空工業(yè)制造過程中，使用鋁合金薄壁構件代替以往的鉚接組裝構件，再利用高水平的切削技術，則能夠促進新型構件的切削效率。同時，切削工具的不同材質對切削效果能夠產(chǎn)生不同的影響，進而影響切削效率。例如，與普通高速鋼切削工具相比，具有高鈷高釩材料的高速鋼以及粉末冶金材料的高速鋼則具備更高的切削速度和切削效率?？傊饘偾邢鞴ぞ咴跈C械加工制造過程中占據(jù)重要的位置，對加工水平以及加工制造效率的提高都具有積極地促進作用，也能夠有效地提高機械加工制造的效果以及經(jīng)濟效益。

3 科學應用金屬切削工具，提升機械制造效率

3.1 合理地選擇切削工具的材料

金屬切削工具在機械制造中具有重要的應用地位，其質量的優(yōu)劣直接關系到機械制造的效率，選擇合適的機械加工材料則有助于更有效地滿足機械加工制造的要求。在選擇金屬切削工具材料時，首先應對待加工工件的特點和性質進行了解，依據(jù)其性質選擇合適的切削工具材料。若需要進行高速切削時，則可以選擇陶瓷切削工具，該種材質的切削工具具有較高的耐磨性，能夠滿足高速切削的要求，適用于精加工，也可以節(jié)省較多的金屬。在對一些有色金屬進行加工時，則可以選擇利用具有較高硬度、沖擊強度的材料工具進行切削，可以使用聚晶立方氮化硼材料的切削工具，對銅、鋁等金屬進行切削。同時，在選擇切削工具的材質時，還應考慮所選材料的節(jié)能環(huán)保性能，在滿足切削需求的基礎上盡可能地選擇綠色環(huán)保材質。應用綠色環(huán)保材料的切削工具，能夠有效地發(fā)揮綠色制造技術的優(yōu)勢，也能夠優(yōu)化制造產(chǎn)品的性能，節(jié)省機械制造過程中的切削成本，提高機械制造的經(jīng)濟效益。

3.2 充分利用仿真軟件，優(yōu)化金屬切削工具設計

金屬切削工具在機械制造中的良好應用，還需要借助有效的工具設計，優(yōu)化金屬切削工具設計，充分發(fā)揮出金屬切削工具的實際作用，使得金屬切削工具能夠更好地滿足機械制造產(chǎn)品加工的要求。因此，在利用金屬切削工具進行機械加工時，可以有效地利用計算機技術，借助仿真軟件進行金屬切削工具設計。在對加工質量要求較為嚴格的產(chǎn)品進行制造時，可以借助仿真軟件對金屬切削工具進行綜合分析，綜合考慮工具的切削角度、切削工具的進給速度等因素，優(yōu)化金屬切削工具的設計，確保金屬切削工具與加工要求的契合度。利用計算機技術進行切削工具設計時，能夠更準確地獲得工具參數(shù)，能夠更全面地考慮參數(shù)、零件材料等對機械加工的影響，有利于確保金屬切削工具選擇的合理性。

3.3 加強對涂層技術的應用

雖然金屬切削刀具在機械加工制造中發(fā)揮較大的作用，但是金屬切削工具在加工制造過程中會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，會影響金屬切削工具的使用時長。在這種情況下，涂層技術的應用則能夠為金屬切削工具提供有效的外部保護，在很大程度上減緩金屬切削工具的磨損程度，顯著地增加切削工具的使用壽命和機械性能，促使金屬切削工具的性能得到顯著地發(fā)揮，進而推動機械加工制造效率的顯著提高。如今，在對涂層技術進行應用時，主要關注的是物理涂層，利用對涂層結構的優(yōu)化和改進，發(fā)揮涂層技術的作用。隨著金屬切削工具速度越來越快，切削工具在使用過程中產(chǎn)生的溫度也隨之提高，在這種情況下，涂層技術的耐高溫性受到了更多的關注和重視，涂層技術的耐高溫性能也應逐漸提升，更有效地滿足了金屬切削的需要。因此，有關工作人員應積極加強對涂層技術的創(chuàng)新發(fā)展，依據(jù)金屬切削工具的實際需求優(yōu)化涂層技術，提高涂層技術的性能，為金屬切削工具提供更有效的保護，延長金屬切削工具的使用壽命。同時，還要科學地、合理地應用涂層，推動金屬切削技術的進一步提升，促使涂層技術能夠更有效地增強金屬切削工具的應用效果。

3.4 優(yōu)化參數(shù)，延長金屬切削工具的壽命

金屬切削工具的使用壽命不僅關乎到機械制造的加工成本，還關系到切削質量和機械加工制造的質量。因此，在機械加工制造過程中，應強化對金屬切削工具使用時長的重視，要盡可能地延長金屬切削工具的使用時長，優(yōu)化金屬切削工具的實際性能。金屬切削工具的使用壽命不僅受到涂層技術的影響，還與切削工具的參數(shù)息息相關，這就要求有關工作人員在進行金屬切削工具應用時，要充分考慮切削工具的參數(shù)選擇和優(yōu)化。在利用硬質合金切削工具進行機械加工時，應加強對切削工具主偏角的重視。主偏角的合理選擇對切削工具的應用具有較大的影響，若選擇的主偏角過小，則會發(fā)生切削工具散熱不良的問題，影響切削工具的加工質量，也會對切削工具的使用時長產(chǎn)生不利影響。因此，在應用金屬切削工具時，應依據(jù)工具的導熱情況合理地選擇主偏角。同時，在選擇切削工具參數(shù)時，還要合理選擇前角，降低前角的摩擦力。在利用普通車刀進行加工時，就可以將前角控制在20°左右，能夠較大程度地增強切削的效果。

3.5 有效地選擇金屬切削潤滑油

在利用切削工具進行機械加工制造時，還可以通過有效地選擇金屬切削潤滑油，增強切削的性能。切削潤滑油主要是在切削區(qū)域內進行注入，降低切削區(qū)域中產(chǎn)生的熱量，降低切削的溫度，工作人員應依據(jù)切削溫度情況，選擇合適的注入時間。而且，切削潤滑油的應用，還能夠減少金屬切削工具在切削時產(chǎn)生的摩擦力，緩解切削工具與機械表面的磨損程度，以便更有效地保護機械和金屬切削工具。同時，有關工作者還應定期利用金屬切削潤滑油，為金屬切削工具提供外部保護，防止金屬切削工具被腐蝕。

4 結束語

總之，金屬切削工具作為機械制造的重要設備，在機械加工制造過程中發(fā)揮著重要作用，對提高機械加工水平以及機械制造效率都具有有效助益，對機械制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。但是，現(xiàn)階段我國金屬切削工具發(fā)展還有待進一步改善，需要強化對金屬切削工具的研發(fā)，提升金屬切削工具的質量，以便充分發(fā)揮出金屬切削工具在機械加工中的作用。因此，有關工作者應科學地選擇金屬切削工具材料，優(yōu)化金屬切削工具的設計，強化金屬切削工具的涂層設計，進而強化金屬切削工具在機械制造中的應用，更有力地推動機械制造的發(fā)展。