金屬切削加工中控制表面質量的幾種方法
2023-08-08 12:00:00金屬切削加工中控制表面質量的幾種方法
1 切削力對金屬切削加工的影響
切削力在金屬切削加工過程中，對切削熱、刀具磨損和已加工表面質量等有直接影響，對控制表面質量有著巨大的作用。因此，切削力的研究，對于生產實際效率及控制表面質量都有重要意義。
切削力的產生來自兩個因素，第一因素是金屬材料的彈塑性變形；第二因素是刀具與金屬表面、切屑的相互摩擦力。因此，工件材料、刀具幾何角度等對切削力有重要影響。
1.1 工件材料對切削力的影響
切削力是由材料的剪切屈服強度、塑性變形等因素來影響的。材料的剪切屈服強度與切削力成正相關關系，即材料的剪切屈服強度越高，切削力越大。切削力還受材料塑性、韌性的影響，材料塑性、韌性越好，切削力越大。
1.2 刀具幾何角度對切削力的影響
從刀具幾何角度分析，切削力主要受前角、主偏角、刃傾角變化的影響。當前角減小時，切削變形增大，切削力加強。但是還需注意，前角對切削力的影響與材料有關。切削力的作用方向主要受主偏角影響，與此同時，主偏角對主切削力、進給力及背向力都有一定影響。刃傾角對主切削力影響不大，但在一定范圍內增大刃傾角使進給力增加、背向力減小。
2 切削液對金屬切削加工的影響
2.1 切削液的作用
在金屬切削加工過程中，切削液對切削加工有重要作用。主要分為四點：第一，冷卻作用。切削液常以液體形式存在于切削區，它不僅能夠降低切削溫度，起到冷卻作用，還能夠減小工件與刀具的熱變形。第二，潤滑作用。切削液在工件與刀具、切屑之間形成一層油膜，減少它們之間的摩擦，起到潤滑作用。第三，排屑與清洗作用。生產加工時，切削液處于流動狀態，可將切削區域及機床上的細碎切屑沖走。第四，防銹作用。將防銹劑加入到切削液中，使金屬表面形成一層保護膜，可防止工件及刀具出現生銹現象。
2.2 切削液的種類
切削液主要分為三類。第一類，非水溶性切削液，主要對工件、刀具等有潤滑作用。第二類，水溶性切削液，主要用于工件、刀具等的冷卻和清洗。第三類，表面活性劑，這種物質既溶于水也溶于油，而且將水和油連接在一起，故其有乳化作用。
2.3 切削液的選擇
切削液的選擇常根據工件材料、加工方法以及刀具材料等具體情況而選擇。1）根據工件材料選擇。切削加工塑性材料時需用切削液，脆性材料則不需要；2）根據加工方法選擇。如果對材料進行磨削加工，選擇具有冷卻、清洗排泄及防銹功能的切削液。如果對材料進行半封閉或封閉加工，可以考慮極壓切削油和極壓乳化液。
3 刀具材料對金屬切削加工的影響
刀具的使用壽命及切削效率主要由刀具材料決定。刀具材料的先進與優越，不僅會使加工質量增強，切削效率增加，還會延長刀具的使用壽命，從而進一步降低生產成本。因此，刀具材料的發展與創新，會使切削速率不斷增大，金屬切削生產率顯著提高，使得生產者利用固定的設備在同等時間內獲得更大的收益。
3.1 刀具材料的性能
通過考慮金屬切削加工中的實際因素，刀具材料應具有高硬度、高強度、以及良好的耐磨性、耐熱性和導熱性。硬度高的刀具材料才能完成切削加工任務，足夠的強度才能保證切削加工不會產生危險，良好的耐熱性才能保證在高溫環境下進行加工工作。只有這樣，才能保證加工安全、高效率的運行。
3.2 刀具材料的種類
刀具材料的種類一般是按照材料的物理化學性能區分。在實際生產中，高速鋼、硬質合金是使用最為廣泛的。耐熱性較差的碳素、合金工具鋼因其抗彎強度較高，主要用于中、低速切割。高速鋼按用途又可分類，通常分為兩類：第一類，通用型高速鋼；第二類，高性能高速鋼。良好的工藝性是通用型高速鋼的顯著特色，而高性能高速鋼是在通用型高速鋼的基礎上加入微量元素，故高性能高速鋼的耐磨性、耐熱性顯著提高。陶瓷材料的主要成分是氧化鋁，是經壓制成型后燒結而成。其具備穩定的化學性能，故適用于較高的切削速度。金剛石是目前最硬的刀具材料，不僅能夠完成有色金屬的加工，而且善用于非金屬材料的高速精加工。立方氮化硼，一種硬度和耐磨性僅次于金剛石的刀具材料。適用于冷硬鑄鐵和一些難加工材料的加工。
4 金屬切削加工中控制表面質量的方法
4.1 合理選擇刀具材料
刀具材料的選擇一般根據加工材料和具體的加工情況而定。在金屬切削加工過程中，對有色金屬及非金屬材料進行高速精加工時，一般采用金剛刀。利用的是金剛刀硬度高，耐磨性好，摩擦系數小的性能。對碳鋼、合金鋼進行高速精加工時，可以采用涂層硬質合金、或者立方氮化硼刀具材料，利用的是硬度高，耐磨性好，特別是其化學穩定性好的性能。
4.2 合理選擇切削液
為了減少切屑、刀具與工件間的摩擦，可通過選擇合理的切削液來實現。切削液的科學應用，可避免粘結現象，改善已加工表面質量。但是其使用效果，還需綜合考慮與刀具材料、工件材料、加工方法等因素。
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