切削姐妹花，工艺不分家

前 言

随着制造领域对加工要求的不断提高，在中国金属切削加工领域的误区“重设备轻工艺”已经慢慢得到了转变。许多夹具、刀具的供应商从一开始单纯的生产供应，转变为针对具体应用领域的加工需求开发配套的解决方案。而应用领域的不断拓展，硬切削、干式切削和高速切削等工艺的应用也对刀具与夹具提出了更高的需求。所以，光懂夹具还不够！刀具也需要了解~这不，今天夹具侠就带领大家去了解刀具在切削工艺中的点点滴滴。

Part1

1.1 刀具和切削条件的选择

金属切削刀具的选择通常以应用为导向，即在车间寻找可以加下某些工件材料(如钢件或铝件)的刀具，或者可以执行特定操作(如粗加工或精加工)的刀具。具更有利的刀具选择方法是首先考虑如何让加工操作与制造商的整体业务相吻合。

首先要确保工艺可靠性，消除不合格的零件和计划外停机如果生产车间不重视切割力、热力和化学力对刀具的影响，可靠性将降低并出现刀具故障。

在建立稳定的工艺后选择刀具的特性和切削条件在大批量的简单零件生产中，以最低成本实现最大产量通常是需要首要考虑的因素。但在品类杂、小批量的高价值复杂件生产中，可靠性和精确性比制造成本更加重要。对于此类小批量生产场合，装夹系统需要满足灵活性要求。

如果成本效益是主要目标，则必须根据每个切削刃的成本来选择刀具并选择与所选刀具相平衡的切削条件，加工参数应强调较长的刀具寿命和工艺可靠性;反之，如优先考虑工件质量，则应在适当的切削条件下采用高性能的精密刀具。

1.2 选择和调整切削条件

在对新的零件加工进行初步规划时，刀具和切削条件的选择应首先考虑加工方法、刀具槽型和刀具材料。例如，航空用镍基零件可能提示采用具有正角槽型 的硬质合金立铣刀进行轮廓铣。选择以生产车间对于工件生产速度、成本和质量的基本目标为导向，并取决于所采用的切削深度、进给量和切削速度。

为了改进现有的零件加工操作以实现更出色的生产率、经济性或可靠性，建议采用渐进的方法：首先改变切削条件，然后是槽型、切削材料、刀具概念，最后是加工方法。但大多数生产车间的做法与此相反，在尝试改进。加工成果时，首先考虑的是改变刀具或加工方法。

如果修改切削参数不能达到预期效果，则可以改变切削刀具的槽型。与改变切削参数相比，这一步骤更复杂，需要采用新的刀具并增加刀具和机器时间成本。另一种选择是改变切削刀具的材料，但也将涉及更多的时间和经济投资。改变切削刀具或刀柄本身是必要的，但会增加采用定制刀具的可能性，导致制造成本上升。

很多车间使用CAM系统来 指导刀具选择。但CAM系统并不会全面考虑各个不同的操作特性。举例来说，应用铣刀并不只是输入速度、进给量和切削深度那么简单，最佳的应用涉及众多因素，例如刀具的刃口数、排屑性能、刀具的强度、铣床的稳定性等。需要考虑到以上因素才能全面实现加工操作目标，即金属去除率、刀具寿命、表面粗糙度或经济性。

1.3 切削速度、进给量和切削深度

许多车间管理者认为，只需简单增加切削速度便会在一定的时间内生产出更多的零件并降低生产成本。然而，影响生产成本的因素有很多，并非只有产量。 例如，加工中途更换刀具的操作就会对零件质量和加工时间产生不利影响。另外，提高切削速度确实会加快生产速度，但会缩短刀具寿命。加工成本将会因更频繁的刀具替换和更长的机器停时间（更换刀具时间）而上升。

提高切削速度会缩短刀具寿命，并可能导致操作不稳定，而改变切削深度或进给量对刀具寿命影响极小。因此，要获得最佳的切削效果，需要在减少切削速度的同时相应比例地增加进给 和切削深度。采用尽可能大的切削深度减少走刀次数，从而缩短加工时间。虽然过大的进给量会影响工件质量和表面粗糙度，但应尽可能采用最大值。

大量实例表明，当切削速度 从180m/min提升到 200m/min时，金属去除率约增加10%。会对刀具寿命产生不利影响；当将进给量从0.2mm/r提升到0.3nim/r时， 金属去除率会提升50%,而且几乎不会影响刀具寿命。

在大多数情况下，在相同或较低的切削速度下增加进给量和切削深度将增加操作的金属去除率，其效果与单纯通过提高切削速度所实现的效果相同。组合采用较低的切削速度、更大的进给量和较小的切削深度时可减少能源消耗。

优化切削条件的最后一步是选择适当的最低成本或最大生产率标准，然后使用切削速度来优化该标准的结果。20世纪初，美国机械工程师F.W. Taylor开发出了用于指导该选择的模型。该模型显示，对于给定的切削深度和进给量组合，在特定的切削速度范围内，刀具的损耗是安全、可预测且可控的。在此范围内工作时，可以量化切削速度、刀具磨损和刀具寿命之间的关系，目标是提高切削速度以降低加工时间成本，但刀具磨损的加快并不会 过度增加切削刀具成本。

Part2

同时，夹具侠也很荣幸的邀请到了某知名刀具企业的资深销售工程师作为嘉宾为大家进行分享！

Q：未来几年刀具会有怎么样的发展和转变？

A：首先第一点是未来会有更多的刀具采用金刚石刀具，因为在未来铝合金的产品越来越多，而金刚石刀具是能有效提升铝合金产品光洁度的刀具。第二点是工序的集成，就比如说开粗这一过程，由于目前压铸工艺的优化以生产设备精度的提升。留给加工零件的余量其实是越来越少的。所以会出现粗精加工一体这种趋势。比如面铣，可能粗铣和精铣一刀就过了，直接能够达到其工艺要求，由此提高加工效率。再比如钻孔，很多孔目前就只用一把钻铰刀就能完成，光洁度也能达到客户的要求。再比如钻孔和攻丝，未来也有可能会集成为一道工序。同时不管是刀具还是夹具，未来客户对于我们应商的响应速度要求会越来越高，客户提出一个需求，需要在很短时间内设计车方案并且完成生产，也就是所谓的精益化生产。

Q：那么您从一个刀具供应商的角度来看，相对应的夹具会需要什么样的转变呢？

A：对于夹具的要求会越来越高。第一是夹具的夹持刚性要非常好，因为未来可能铝件会越来越多并且结构越来越复杂，加工时需要加强其刚性，并且在许多细微的地方也需要辅助支撑。第二是变形量需要控制，因为前面也提到多道工序如果复合，就意味零件一刀加工完成，就不会再有第二次松开夹具使零件回复形状这样情况发生，所以需要控制变形量。第三是一直再提的自动化，这个方向我想也不需要再多提，大家都明白。

Q：目前新能源汽车产业的发展，对于刀具来说会有什么样的影响呢？

A：刀具消耗会减少，但是刀具种类会变多。尤其是非标刀具可能会越来越多，而标准刀具则会越来与少。因为铝合金工件的加工要求高，加工工序复杂，所以标准刀具的组合很难满足其需求，需要分更多的工序去完成每一个加工要求，于此同时为了提高加工效率，就需要有更多的非标刀具组合出现。然后随着各种不同种类的零件出现，相应的非标刀具种类也会不断增加。而在加工时由于铝合金工件的加工余量变小，刀具转速和切削进给提高，反而使得刀具的磨损减少。