切削姐妹花，工藝不分家

前 言

隨著製造領域對加工要求的不斷提高，在中國金屬切削加工領域的誤區「重設備輕工藝」已經慢慢得到了轉變。許多夾具、刀具的供應商從一開始單純的生產供應，轉變為針對具體應用領域的加工需求開發配套的解決方案。而應用領域的不斷拓展，硬切削、乾式切削和高速切削等工藝的應用也對刀具與夾具提出了更高的需求。所以，光懂夾具還不夠！刀具也需要了解~這不，今天夾具俠就帶領大家去了解刀具在切削工藝中的點點滴滴。

Part1

1.1 刀具和切削條件的選擇

金屬切削刀具的選擇通常以應用為導向，即在車間尋找可以加下某些工件材料(如鋼件或鋁件)的刀具，或者可以執行特定操作(如粗加工或精加工)的刀具。具更有利的刀具選擇方法是首先考慮如何讓加工操作與製造商的整體業務相吻合。

首先要確保工藝可靠性，消除不合格的零件和計劃外停機如果生產車間不重視切割力、熱力和化學力對刀具的影響，可靠性將降低並出現刀具故障。

在建立穩定的工藝後選擇刀具的特性和切削條件在大批量的簡單零件生產中，以最低成本實現最大產量通常是需要首要考慮的因素。但在品類雜、小批量的高價值複雜件生產中，可靠性和精確性比製造成本更加重要。對於此類小批量生產場合，裝夾系統需要滿足靈活性要求。

如果成本效益是主要目標，則必須根據每個切削刃的成本來選擇刀具並選擇與所選刀具相平衡的切削條件，加工參數應強調較長的刀具壽命和工藝可靠性;反之，如優先考慮工件質量，則應在適當的切削條件下採用高性能的精密刀具。

1.2 選擇和調整切削條件

在對新的零件加工進行初步規劃時，刀具和切削條件的選擇應首先考慮加工方法、刀具槽型和刀具材料。例如，航空用鎳基零件可能提示採用具有正角槽型 的硬質合金立銑刀進行輪廓銑。選擇以生產車間對於工件生產速度、成本和質量的基本目標為導向，並取決於所採用的切削深度、進給量和切削速度。

為了改進現有的零件加工操作以實現更出色的生產率、經濟性或可靠性，建議採用漸進的方法：首先改變切削條件，然後是槽型、切削材料、刀具概念，最後是加工方法。但大多數生產車間的做法與此相反，在嘗試改進。加工成果時，首先考慮的是改變刀具或加工方法。

如果修改切削參數不能達到預期效果，則可以改變切削刀具的槽型。與改變切削參數相比，這一步驟更複雜，需要採用新的刀具並增加刀具和機器時間成本。另一種選擇是改變切削刀具的材料，但也將涉及更多的時間和經濟投資。改變切削刀具或刀柄本身是必要的，但會增加採用定製刀具的可能性，導致製造成本上升。

很多車間使用CAM系統來 指導刀具選擇。但CAM系統並不會全面考慮各個不同的操作特性。舉例來說，應用銑刀並不只是輸入速度、進給量和切削深度那麼簡單，最佳的應用涉及眾多因素，例如刀具的刃口數、排屑性能、刀具的強度、銑床的穩定性等。需要考慮到以上因素才能全面實現加工操作目標，即金屬去除率、刀具壽命、表面粗糙度或經濟性。

1.3 切削速度、進給量和切削深度

許多車間管理者認為，只需簡單增加切削速度便會在一定的時間內生產出更多的零件並降低生產成本。然而，影響生產成本的因素有很多，並非只有產量。 例如，加工中途更換刀具的操作就會對零件質量和加工時間產生不利影響。另外，提高切削速度確實會加快生產速度，但會縮短刀具壽命。加工成本將會因更頻繁的刀具替換和更長的機器停時間（更換刀具時間）而上升。

提高切削速度會縮短刀具壽命，並可能導致操作不穩定，而改變切削深度或進給量對刀具壽命影響極小。因此，要獲得最佳的切削效果，需要在減少切削速度的同時相應比例地增加進給 和切削深度。採用儘可能大的切削深度減少走刀次數，從而縮短加工時間。雖然過大的進給量會影響工件質量和表面粗糙度，但應儘可能採用最大值。

大量實例表明，當切削速度 從180m/min提升到 200m/min時，金屬去除率約增加10%。會對刀具壽命產生不利影響；當將進給量從0.2mm/r提升到0.3nim/r時， 金屬去除率會提升50%,而且幾乎不會影響刀具壽命。

在大多數情況下，在相同或較低的切削速度下增加進給量和切削深度將增加操作的金屬去除率，其效果與單純通過提高切削速度所實現的效果相同。組合採用較低的切削速度、更大的進給量和較小的切削深度時可減少能源消耗。

優化切削條件的最後一步是選擇適當的最低成本或最大生產率標準，然後使用切削速度來優化該標準的結果。20世紀初，美國機械工程師F.W. Taylor開發出了用於指導該選擇的模型。該模型顯示，對於給定的切削深度和進給量組合，在特定的切削速度範圍內，刀具的損耗是安全、可預測且可控的。在此範圍內工作時，可以量化切削速度、刀具磨損和刀具壽命之間的關係，目標是提高切削速度以降低加工時間成本，但刀具磨損的加快並不會 過度增加切削刀具成本。

Part2

同時，夾具俠也很榮幸的邀請到了某知名刀具企業的資深銷售工程師作為嘉賓為大家進行分享！

Q：未來幾年刀具會有怎麼樣的發展和轉變？

A：首先第一點是未來會有更多的刀具採用金剛石刀具，因為在未來鋁合金的產品越來越多，而金剛石刀具是能有效提升鋁合金產品光潔度的刀具。第二點是工序的集成，就比如說開粗這一過程，由於目前壓鑄工藝的優化以生產設備精度的提升。留給加工零件的餘量其實是越來越少的。所以會出現粗精加工一體這種趨勢。比如面銑，可能粗銑和精銑一刀就過了，直接能夠達到其工藝要求，由此提高加工效率。再比如鑽孔，很多孔目前就只用一把鑽鉸刀就能完成，光潔度也能達到客戶的要求。再比如鑽孔和攻絲，未來也有可能會集成為一道工序。同時不管是刀具還是夾具，未來客戶對於我們應商的響應速度要求會越來越高，客戶提出一個需求，需要在很短時間內設計車方案並且完成生產，也就是所謂的精益化生產。

Q：那麼您從一個刀具供應商的角度來看，相對應的夾具會需要什麼樣的轉變呢？

A：對於夾具的要求會越來越高。第一是夾具的夾持剛性要非常好，因為未來可能鋁件會越來越多並且結構越來越複雜，加工時需要加強其剛性，並且在許多細微的地方也需要輔助支撐。第二是變形量需要控制，因為前面也提到多道工序如果複合，就意味零件一刀加工完成，就不會再有第二次鬆開夾具使零件回復形狀這樣情況發生，所以需要控制變形量。第三是一直再提的自動化，這個方向我想也不需要再多提，大家都明白。

Q：目前新能源汽車產業的發展，對於刀具來說會有什麼樣的影響呢？

A：刀具消耗會減少，但是刀具種類會變多。尤其是非標刀具可能會越來越多，而標準刀具則會越來與少。因為鋁合金工件的加工要求高，加工工序複雜，所以標準刀具的組合很難滿足其需求，需要分更多的工序去完成每一個加工要求，於此同時為了提高加工效率，就需要有更多的非標刀具組合出現。然後隨著各種不同種類的零件出現，相應的非標刀具種類也會不斷增加。而在加工時由於鋁合金工件的加工餘量變小，刀具轉速和切削進給提高，反而使得刀具的磨損減少。