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數(shù)控車削加工工藝優(yōu)化研究論文
摘要：本文將結(jié)合純鎳材料的性能，探究純鎳的車削加工工藝優(yōu)化技術，進而推動數(shù)控車削加工工藝的創(chuàng)新和發(fā)展。
關鍵詞：機械加工;純鎳;數(shù)控車削;加工工藝
1純鎳材料的性能
金屬加工技術是數(shù)控車削加工工藝的重要內(nèi)容。在確定加工方案前，要充分了解金屬的性能，結(jié)合金屬的特性制定可行的加工工藝方案。純鎳是一種耐腐蝕性強、機械強度大、塑性良好的金屬，用于機械制造等多個方面。其中，工業(yè)上應用最廣泛的是耐堿性、耐腐蝕性、機械性能好的N6材料。純鎳N6的機械性能，如表1所示。由表1可知，純鎳材料的機械強度大，加工性能較差，被列為難加工的材料之一。在對純鎳材料進行車削時，刀具會因純鎳的機械性能等原因產(chǎn)生較大的磨損。車削時，切削熱主要集中在刀刃附近，后刀面易出現(xiàn)溝槽，影響純鎳材料的車削加工。因此，深入探討解決上述問題的方法，對優(yōu)化純鎳材料的數(shù)控車削加工工藝十分重要。
2數(shù)控車削加工工藝簡介
數(shù)控車削加工的主要目的是對工件進行精密加工，主要方法是通過操縱控制系統(tǒng)控制數(shù)控機床刀具的軌跡，以完成工件的車削過程。進行加工前，確定刀具和工件處于同一個坐標系中是極為關鍵的一點。隨著技術的不斷發(fā)展，編程語言的規(guī)范化、控制系統(tǒng)的智能化使得數(shù)控機床的加工工藝逐漸標準化、成熟化。數(shù)控車削加工工藝主要包括八個過程：加工工藝分析；程序的編程；加工過程中的裝刀；裝刀組；加工前的對刀；粗加工工藝；半精加工工藝；精加工。這八個主要的加工過程能夠保證加工過程的順利進行。同時，加工技術和加工方法的協(xié)調(diào)合作，才能實現(xiàn)對工件的精密加工。下面簡單介紹數(shù)控車削的主要加工工藝。
2.1加工機床的選擇
選擇加工機床時，要考慮工件的因素和數(shù)控機床參數(shù)等因素。因為數(shù)控機床都有一定的使用范圍，因而在選擇時要做出相應判斷。選擇機床時，要根據(jù)工件的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、加工要求等進行挑選。同時，機床自身的性能、參數(shù)等也會對工件的加工產(chǎn)生一定限制，如主軸轉(zhuǎn)速、最大回轉(zhuǎn)半徑等，都是挑選機床時需要考慮的因素。
2.2車削刀具的選擇及切削用量
刀具是對工件切削的重要工具。選擇刀具時，要綜合考慮工件、刀具以及機床三方面的因素。只有這三個方面相互適應、相互協(xié)調(diào)，才能實現(xiàn)對工件的加工。對于刀具的挑選，要重點考慮以下兩個因素。刀具的材質(zhì)和性能。刀具的性能直接影響加工精度，而刀具的材質(zhì)制約著刀具的性能。一般情況下，刀具的材質(zhì)越好，性能也相對越好。選擇刀具時，不但要考慮刀具的強度、導熱性、硬度等物理特性，還要考慮經(jīng)濟適用性，做到刀具的材質(zhì)、性能以及經(jīng)濟適用性三者平衡。刀具的形狀和尺寸。刀具的外形需要根據(jù)要加工的工件進行具體選擇，最優(yōu)的選擇是能滿足更多的工件完成加工工作。同時，在各種條件都允許的情況下，可以適當選擇直徑較大的刀具，這有利于提高切削效率，延長使用壽命。切削用量控制著各個工序的運行，每道工序的參數(shù)指標都和切削用量息息相關。編程過程中，要重點考慮切削用量。切削用量會對切削深度、進給速度、切削速度產(chǎn)生影響，因此合理確定的切削用量可以加快工作效率，保證加工工藝快速高效完成。
3純鎳的數(shù)控車削加工工藝優(yōu)化
3.1純鎳的數(shù)控車削加工工藝存在的問題
經(jīng)多次試驗驗證，在對純鎳材料進行加工的過程中，存在刀具磨損嚴重、使用壽命短、生產(chǎn)效率低下的問題。切削過程中，純鎳材料與刀具的摩擦會產(chǎn)生強烈的震動和高噪聲（經(jīng)檢測已超過100dB）。由于刀具的磨損非常嚴重，在切削一個工件時就要更換十余次刀具。頻繁更換刀片造成工件的表面光度不夠，只能在加工后期使用銼刀紗布對工件繼續(xù)打光磨平，浪費了大量人力物力。此外，每次更換刀具都要經(jīng)歷編程、對刀、關閉啟動計算機等工序，容易造成計算機故障。事實上，經(jīng)此工藝加工的工件，不能很好地保障質(zhì)量，且生產(chǎn)效率低下。如果造成一件工件成為廢品，將會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟損失�？梢�，這樣進行批量生產(chǎn)時，產(chǎn)品效率和質(zhì)量均不能保證。因此，探尋優(yōu)化純鎳的車削加工工藝迫在眉睫。此外，選擇采用耐磨性能較好的刀具進行切削時，上述問題仍然存在。因此，還需要尋找新的途徑解決上述問題。
3.2純鎳加工時刀具磨損的特點
由試驗觀察可知，切削純鎳工件時，刀具的磨損主要集中在刀刃附近，且刀刃處的切割熱也較高。切削完成后，在副后刀面上會出現(xiàn)一道清晰的溝槽。在切削速度較低的情況下，會出現(xiàn)刀面的磨損，切削面也因較高的切割熱而變形，而溝槽的出現(xiàn)會引起強烈的震動和噪聲。上述現(xiàn)象會使刀具過早失效，造成加工效率低下、工件表面質(zhì)量不高、刀具的壽命縮短。3.3純鎳的數(shù)控車削加工工藝優(yōu)化在經(jīng)歷多次探索和嘗試后，終于找到了可以解決刀具磨損嚴重、產(chǎn)生明顯溝槽等問題的方法，下面簡述這三種新途徑。
3.3.1采用涂層硬質(zhì)合金刀具
在分析刀具磨損成因時，判斷鎳-鈷的親合會造成刀具的嚴重磨損。為避免這種狀況的發(fā)生，決定采用TiN（TiC）涂層硬質(zhì)合金刀片進行試驗。在按照正常的工序加工工件后，于顯微鏡下觀察刀具的磨損程度。結(jié)果顯示，涂層雖然脫落，但刀具表面無明顯的磨損痕跡，且副刀面無溝槽。涂層的脫落可能是牢固度不夠，在改進工藝加固涂層后可以取得更好效果。
3.3.2復合聚晶立方氮化硼車削刀
硬質(zhì)合金會因擴散機理而產(chǎn)生溝槽，采用涂層涂抹合金也增加了刀具成本。經(jīng)驗證，采用復合聚晶立方氮化硼車削刀效果甚佳。復合聚晶立方氮化硼車削刀的硬度與硬質(zhì)合金刀具相比可以提高20倍，在車削過程中無噪聲、無振動，工件表面的光度良好，切屑均勻，無溝槽的產(chǎn)生。分析機理，主要是因為復合聚晶立方氮化硼車削刀硬度高、熱穩(wěn)定性好，因而適于切削純鎳材料。
3.3.3新型陶瓷刀具
山東工業(yè)大學研制的新型陶瓷車刀SG5是一種高強度、高熱穩(wěn)定性、高硬度的新型刀具，主要成分是Al2O3-SiC。該刀具硬度是硬質(zhì)合金刀具的10倍，可以滿足切削要求，且成本只有立方氮化硼刀具的1/10，在適用價值和經(jīng)濟適用性上都滿足條件，可以經(jīng)過進一步驗證推廣。以上三種新方法尚未成熟，有必要進行進一步探討。但是，這三種方式都具有一定的實用價值，可為數(shù)控車削純鎳材料的工藝改進提供一定的借鑒。
4結(jié)語
純鎳材料的數(shù)控車削加工工藝一直存在刀具磨損嚴重、噪聲大、震動大等問題。解決這些問題，對推進數(shù)控車削工藝的發(fā)展具有重要意義。本文經(jīng)分析產(chǎn)生上述問題的機理和成因，提出了三種優(yōu)化措施。多次試驗顯示，三種方式基本能解決前述問題，且經(jīng)濟適用性較好，有進一步研究推廣的空間。探究純鎳材料的數(shù)控車削加工工藝的優(yōu)化方法有利于推動鎳類材料的加工工藝的發(fā)展，進而加速數(shù)控車削加工工藝的成熟。
參考文獻
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