硬质合金刀具在金属切削中的应用优化

蔡 杨

（浙江永成机械有限公司，绍兴 311835）

金属切削是金属形成工艺中的材料去除加成形方法，在当前的机械制造中占有较大比例[1]。但是，硬质合金刀具在切削过程中易发生磨损等问题，会对切削精度、质量产生不利影响[2]。

因此，有必要对硬质合金刀具在金属切削中的应用进行优化，以充分发挥刀具的作用，提升金属切削的整体质量。本文结合金属切削原理，从材料、结构、参数3个方面出发，对硬质合金刀具的选择进行深度探讨，并提出硬质合金刀具在金属切削中应用的优化 措施。

1 硬质合金刀具在金属切削中的具体应用

1.1 金属切削原理

金属切削即应用刀具在工件上切除一部分金属，如图1所示。在实际操作中，应在保证刀具性能的基础上，选择刀具的材料、结构、参数等[3]。

切削运动速度是金属切削加工控制的重要参数，计算公式为[4]：

式中：Vc为切削速度，m·min-1；Dc为工件待加工的表面直径，mm；N为车床主轴每分钟转数，r·min-1。

1.2 硬质合金刀具选择

1.2.1 材料选择

硬质合金刀具的摩擦系数低，耐用度好，在金属切削加工中具有较高的应用价值。材料为钨钴合金（YG）的刀具主要应用于钢料加工，极少应用于重型车削工作；材料为钨钴钛合金（YT）的刀具耐磨性、耐热性、抗氧化性能好，适用于钢料加工，但不适用于低速车削；材料为碳化钨（Yw）的刀具耐磨性好，适用于加工冷硬铸铁类产品[5]。

1.2.2 结构选择

粗加工阶段，切削量大，对刀具的性能要求较高。具体加工中可以选择应用螺钉夹紧式或杠杆压紧式结构。安装刀片时，应注意将刀片放在刀杆槽内，并采用适宜结构形式进行固定，保证刀片从刀杆内部伸出不超过1.0～1.5 mm[6]。切削加工时，应关注刀片状态，及时更换破裂刀片，同时清理刀杆上的切屑，确保切削加工顺利、高质量进行[7]。

1.2.3 参数选择

切削加工过程中，前角、切削刃倾角的具体参数如表1所示。

表1 前角、切削刃倾角参数

刀具头部结构及其角度标注方法，如图2所示。

在选择刀片形状的过程中，若刀尖角较大，则其强度较高，需要较高的机床功率，且易产生振动；若刀尖角度较小，则其刚性差，受热量的影响大。通常情况下，切削深度应控制在刀刃长的1/3内。

2 硬质合金刀具在金属切削中应用的优化措施

2.1 合理选择切削工具材料

金属切削工具质量对切削加工质量有直接影响。若切削加工需要采取高速切削方式，则选择陶瓷材质的切削工具；若切削加工工件为有色金属（铜、铝等），则选择硬度高、冲击强度高的切削工具进行切削 加工[8]。

2.2 充分应用仿真技术

在切削加工实践中，技术人员可以借助仿真技术综合分析切削工具，充分考虑切削深度、切削速度及切削角度等内容，以科学、有效优化切削工具设计[9]。技术人员还可以应用仿真技术获取充分的切削加工工具参数，更科学地设置各项参数，确保切削工具选择的科学性和合理性。

2.3 选择适度的切削量

金属切削的切削量包括切削速度、背吃刀量和进给量。切削过程中，工件受到切削摩擦阻力，车床刀具的强度大于工件的强度，易出现工件变形情况[10]。因此，在切削加工过程中，技术人员应选择适度的切削量，具体如表2所示。

表2 金属切削交给你的切销量

2.4 抑制与消除积屑瘤

基于积屑瘤成因分析（产生机理如图3所示），为提高切削效率与质量，需要抑制与消除积屑瘤。

为有效抑制与消除积屑瘤，需要做到以下几点。

（1）在实际加工操作中，应控制切削速度在 120 m·min-1以上或15 m·min-1以下。

（2）在加工塑性变形较小的金属材料的过程中，可以控制前角角度为30°（最大值）。针对中等塑性变形金属材料，控制前角角度为小于20°；针对高锰钢等变速性金属材料，加工难度大，应控制前角角度为小于10°；针对淬硬钢，应控制前角角度为0°～10°[11]。

（3）切削加工过程中，切屑与前刀之间会产生较大的压力，温度逐渐升高。若前刀粗糙，则摩擦越大，黏结形成积屑瘤（如图4所示）；摩擦越小，黏结概率越小[12]。

（4）技术人员应意识到，工件材料的塑性越大，切削过程中产生变形的概率越大，进而产生积屑瘤。

2.5 合理应用切削液

在金属切削加工过程中，技术人员可以应用切削油，增强切削刀具的使用性能。在粗加工过程中，技术人员可以选择低浓度乳化液等切削液，降低摩擦温度，延长刀具使用寿命。精加工过程中，技术人员可以应用极压切削油，增强刀具与工件间的润滑程度[13]。

3 结语

分析金属切削原理，探索优化硬质合金刀具在金属切削中的应用途径，提出需要根据实际切削需求等对刀具的材料、结构、参数等进行分析和选择。为充分发挥硬质合金刀具的作用，提高金属切削质量，技术人员应注重刀具材质的选择。要充分应用仿真技术，确保各项参数选择精确；要选择适度的切削量、切削速度以及光泽度等参数，抑制和消除积屑瘤；要合理应用切削液，延长硬质合金刀具的使用寿命。