提高軸類零件生產(chǎn)效率的研究

朱文韜 周博 于幫明 李厚斌

摘 要：金屬切削是現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)中一種比較重要的技術(shù)，隨著機(jī)械加工技術(shù)不斷發(fā)展，新刀具材料及新加工工藝得以廣泛應(yīng)用，并且發(fā)揮著十分重要的作用。在當(dāng)前機(jī)械制造過(guò)程中，為優(yōu)化加工經(jīng)濟(jì)精度，使金屬切削效率得以更好的發(fā)揮和提高，對(duì)金屬刀具及參數(shù)進(jìn)行創(chuàng)新是十分重要的一點(diǎn)，使其滿足工藝要求及提高效率。

關(guān)鍵詞：加工經(jīng)濟(jì)精度；切削參數(shù)；刀具角度

軸是機(jī)械制造也中最普通、最典型的一種回轉(zhuǎn)體零件，其長(zhǎng)度大于直徑。目前制造的工藝水平越來(lái)越高，在機(jī)械制造中，提高工作效率，采用縮短機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間是最直接的方法。本文主要是針對(duì)在機(jī)械制造金屬切削過(guò)程中采用縮短粗加工機(jī)動(dòng)時(shí)間方法進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，以便實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中提高生產(chǎn)效率的依據(jù)。

1、加工經(jīng)濟(jì)精度研究的重要性

加工經(jīng)濟(jì)精度是機(jī)械加工中經(jīng)常用的一個(gè)概念，加工效率和零件的成本又與加工精度密切相關(guān)的，每增加一個(gè)精度等級(jí)，不僅影響加工效率而且對(duì)零件的成本就會(huì)增加。所以說(shuō)經(jīng)濟(jì)精度不應(yīng)將其理解為某個(gè)確定值，而應(yīng)理解為一個(gè)范圍，各個(gè)工序經(jīng)濟(jì)加工精度不是一成不變的，隨著加工技術(shù)要求的提高，也隨著提高。

很多工藝人員往往只在精加工和超精加工的工序中考慮加工經(jīng)濟(jì)精度，實(shí)際上在機(jī)械加工的每個(gè)工序中都需要考慮經(jīng)濟(jì)加工精度，在粗加工工序降低經(jīng)濟(jì)加工精度也是提高工作效率的一種方法。例如：軸類毛坯為大型鑄件或鍛件時(shí)，需要荒車后再粗車，以減少毛培外圓的形狀誤差，荒車后的尺寸精度為IT15-IT18；棒料的中小型的鍛鑄件，可以直接進(jìn)行粗車，粗車后的精度可以達(dá)到IT10-IT13，表面粗糙度Ra為30-20μm，可以作為低精度加工的最終工序。由荒車和粗車的區(qū)別可以看出，在粗車工序中增加了表面粗糙度的要求，同時(shí)粗車也可以作為低精度的最終工序。因此，在滿足加工經(jīng)濟(jì)精度要求下，可以采用剛性較好而精度較低的車床，避免用精度較高的機(jī)床進(jìn)行荒車和粗車，降低設(shè)備使用成本。在機(jī)床工藝系統(tǒng)剛性可以滿足情況下，選用較大的切削參數(shù)和切削用量，最有效的發(fā)揮機(jī)床的性能來(lái)提高粗加工的工作效率。

2、刀具選用及角度參數(shù)對(duì)提高工效的影響

機(jī)械加工制造的工作效率主要體現(xiàn)在其能否優(yōu)化各種參數(shù)的要求，這就意味著工藝參數(shù)對(duì)提高加工效率具有最直接的影響的。進(jìn)行縮短機(jī)動(dòng)時(shí)間，提高加工效率研究時(shí)，不僅要對(duì)工件的材質(zhì)進(jìn)行分析還要對(duì)加工階段的刀具參數(shù)、切削用量進(jìn)行全過(guò)程的評(píng)定分析。這對(duì)于提高加工生產(chǎn)效率方面來(lái)說(shuō)只是其研究過(guò)程中的一環(huán)，但是研究旨在整體進(jìn)行優(yōu)化以后才能對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行有效影響。這是因?yàn)楣に噮?shù)與產(chǎn)品質(zhì)量、工作效率之間是存在著復(fù)雜的聯(lián)系的，具體表現(xiàn)為產(chǎn)品的工藝參數(shù)直接決定了機(jī)械加工產(chǎn)品的效率和質(zhì)量。

2.1選擇合適刀具材料

難加工材料種類繁多，性能各異，我國(guó)機(jī)械工業(yè)中難加工材料大約分為：高錳鋼、高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等。它們共同的特點(diǎn)是材料強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性低、加工硬化嚴(yán)重特點(diǎn)，對(duì)切削加工具有很大影響，具體體現(xiàn)在工件材料常溫硬度和高溫硬度的影響，材料硬度越高時(shí)，切削力就越大，切削功率隨之增大，切削溫度增高，刀具磨損嚴(yán)重，工作效率降低。所以，在一般情況下，切削加工的效率隨工件材料硬度增加而降低。根據(jù)材料特性，在通過(guò)改變材料金相組織，從而改善切削加工性。由于難加工材料切削力大、切削溫度高，刀具材料選用上考慮強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好的硬質(zhì)合金，但是要考慮硬質(zhì)合金與工件材料元素親合力作用，避免選擇不當(dāng)，影響加工的效率。

2.2刀具角度參數(shù)

選用合理刀具角度參數(shù)來(lái)提高加工效率，需要根據(jù)工件材料、工序、工件剛性、刀具材料等因素著手考慮不同的刀具角度參數(shù)，在粗加工軸類工件時(shí)，主偏角、前角、后角、刃傾角是刀具的重要角度，直接影響刀頭和刀尖的強(qiáng)度，一把合理角度的粗車刀需要綜合考慮這幾個(gè)角度參數(shù)，才可以有效的發(fā)揮切削性能，從而提高粗加工的工作效率。

2.2.1主偏角選用參數(shù)

為了增加刀具的耐用度，粗加工時(shí)主偏角kr應(yīng)盡可能選擇小一些，一般選取45°。加工剛度較差的工件（L/d>15）時(shí)，應(yīng)盡可能使徑向力小一些，為此，刀具的主偏角應(yīng)盡量選取大一些，這時(shí)Kr可以選取75°--90°來(lái)代替常用的Kr=45°的車刀。

由于Kr角增大，徑向力減小，工件和刀具在半徑方向的彈性變形減小，可以提高加工精度，同時(shí)增加抗振能力。但是Kr增大后，切削厚度同時(shí)增加，軸向阻力相應(yīng)增大，減少刀具耐用度，降低加工的工作效率，因此，一般情況下不宜采用主偏角很大的刀具。

2.2.2前角選用原則

前角有正負(fù)之分。選取前角原則，首先在保證車刀刀刃鋒利，還要兼顧車刀的足夠強(qiáng)度，在保證加工質(zhì)量前提下，盡可能延長(zhǎng)刀具壽命，較少更換刀具的輔助時(shí)間，從而提高工作效率。選取負(fù)前角的作用可以提高刀尖部分的強(qiáng)度，改善刀尖的受熱狀況和散熱條件，從而提高車刀的耐沖擊能力。但是，選取負(fù)前角的不足是降低了刀具的鋒利程度，車削力增大，前刀面上的摩擦阻力增大。因此，通常在車削高強(qiáng)度、高硬度工件材料時(shí)，為防止刀尖強(qiáng)度不夠和蹦刃時(shí)才選取負(fù)前角；車削塑性材料時(shí)，切屑沿著前刀面流出，這時(shí)車刀宜選用正的前角，一般工件強(qiáng)度和硬度越低的情況，選用的前角越大。

2.2.3后角和刃傾角的選擇

后角的作用是較少車刀后面與工件的摩擦，與車刀前角構(gòu)成鋒利的刀刃，以便切入工件。但是后角過(guò)大，會(huì)降低刀刃強(qiáng)度，降低散熱條件，使刀具壽命降低。因此，粗車時(shí)，車削厚度大，負(fù)荷重，要求車削刃有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)選取較小的后角。車削剛性較差的工件時(shí)，也應(yīng)該選用較小的后角，以增加后刀面與工件的接觸面積，較少或消除振動(dòng)。大進(jìn)給時(shí)的后角需要根據(jù)不同的進(jìn)給量適當(dāng)調(diào)整到最佳的角度，來(lái)保證和延長(zhǎng)刀具使用壽命。

刃傾角在刀具角度中也是非常重要的參數(shù)，不僅可以控制切削的流出方向，同時(shí)對(duì)刀具強(qiáng)度也具有一定的影響，選用原則也不可忽視。由于刃傾角的存在，可以使切削刃實(shí)際鈍圓半徑變小，使切削刃更加鋒利。刃傾角也影響到刀尖強(qiáng)度和刀尖的導(dǎo)熱和散熱，在不連續(xù)切削情況下，負(fù)的刃傾角使遠(yuǎn)離刀尖的切削刃先接觸到工件，可以使刀尖避免受到?jīng)_擊，使刀頭部分更加強(qiáng)固，刀尖的散熱條件也好，車刀的使用壽命延長(zhǎng)。

3、切削參數(shù)選用的原則

選擇合理的切削用量，對(duì)于保證加工質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)效率都非常重要。在機(jī)床、刀具、工件基本條件一定的情況下，切削用量具有很大的靈活性，應(yīng)該充分發(fā)揮機(jī)床的功能，使生產(chǎn)效率最大化。切削用量與勞動(dòng)生產(chǎn)率是成正比，因此提高切削用量哪一項(xiàng)都可以提高生產(chǎn)效率。一般遵循的原則：在機(jī)床剛度足夠情況下，首先應(yīng)盡可能的選用大的背吃刀量；其次是在機(jī)床動(dòng)力和剛度允許的情況下，同時(shí)還要保證加工后的表面粗糙度的要求下，選取較大的進(jìn)給量；最后再確定最佳的切削速度。

4、結(jié)語(yǔ)

在目前機(jī)械制造中，金屬切削技術(shù)已經(jīng)是最廣泛的一種技術(shù)。文章對(duì)軸類零件在粗加工的工序中，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率進(jìn)行分析，并對(duì)影響生產(chǎn)效率的問(wèn)題進(jìn)行研究。通過(guò)合理優(yōu)化切削用量的方式來(lái)縮短機(jī)動(dòng)時(shí)間，增加粗車刀強(qiáng)度及刃磨合理的刀具角度參數(shù)提高刀具使用壽命，在安排切削工序中，工藝技術(shù)人員要充分考慮加工的經(jīng)濟(jì)精度，從而使軸類粗加工達(dá)到最理想的效果，提高生產(chǎn)效率。

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