摘要：切削加工是金属构件加工制造阶段的重要一环，其和产品加工作业质效密切相关。在阐述影响金属零部件加工精度因素的基础上，为提升金属切削加工精确度，从工艺选择、方法两方面探究措施。以某型号设备工作台为例，分析优化该金属构件加工技术方案。
关键词：金属构件;切削加工;精度;工艺与方法
0引言
近年，国内航空航天、机械制造、机床加工等诸多领域对制造行业表现出较高依赖性。为减轻自体重量，提升结构强度，很多中大型复杂结构的零件，尤其是装备上安设的主要活动构件，多数情况采用整体化结构的设计方法。针对这种构件，需要确保加工制造的质量，其中产品要高质量、高精度，利用联合使用切削加工技术并拓展工艺技术研究的深度性。若切削加工技术方案不合理，则生产出的零部件会存在质量缺陷，限制了我国制造行业的发展。这就要求采用切削加工制造金属产品时，不断完善工艺技术与方法，重视创新，善于总结经验。
1影响金属零件加工精度的主要因素
(1)容易受力变形。部分金属工件壁面较薄，在加工阶段夹紧力作用下形体容易改变，进而降低工件的尺寸与形状精确度。
(2)容易受热变形。若工件偏薄，很可能在切削热作用下诱导工件热变形过程，在这种工况下，操作人员难以准确调控工件的规格尺寸。
(3)容易振动变形。在切削力(尤其是径向切削力)作用下，容易形成振动与变形，很可能造成工件规格精确度、外部形状、方位准确度以及表层粗糙程度和设计要求之间出现偏差[1]。
2提升金属切削加工精度的工艺
金属切削加工实践中，在力的相互作用下，刀具与待加工工件之间会遵照一定规律形成组织改变。在规划设计机床与刀具、加工零部件的切削工艺以及其定额使用阶段，要求相关人员遵照以上变动规律完成金属构件的切削任务。为明显提升金属切削加工的精准度，生产实践中有必要选择适宜工艺。高速切削速度为传统切削法的6～15倍，应用该技术可以体现出切削的整体效能。据资料记载，传统切削工法的切削速度、各齿轮进给量、进给速度、部件表面粗糙度依次为60mm/min、0.35mm、600mm/min和12.5R/μm;高速切削法以上4项指标对应值分别为700mm/min、0.15mm、3500mm/min和5.2R/μm。
高速切削法用于生产实践中，不仅可以提升工作效率，还能降低零件加工中造成的变形问题。和传统的切削工法进行对比，切削的力度有所增加，同时告诉切削的深度和宽度更高，幅度最高时达到30.0%，因此有效保证了金属零部件加工制造的精确度。减少或规避热变形情况[2]。这主要因为在传统切削加工制造工况下，被加工的金属零部件会释放出很多分布不匀称的应力，并且热处理工艺参数也得以改进完善。上述原因会造成金属部件在加工工程中因为有剩余的预应力外泄出现的变形问题，进而造成金属零部件整体精度降低，势必会对产品品质造成不良影响。零部件出现一定程度的变形或破损，会影响金属部件的整体装配性，同时也会严重影响产品质量。在高速切削工况下，约有90%切削热伴随切屑被带走，金属构件局部表层温度没有显著上升，在这种工况下热变形程度偏小，有助于提升产品加工制造的精确度。
3提高金属切削加工精度的方法
3.1正确选用刀具
对金属进行切削处理的目的，主要是为获得一个外部形状、规格大小、精确度等多项指标均符合国标要求的零部件。因此，刀具在金属切削加工工艺中占有较高地位。
从某种程度分析，金属切削阶段选用的刀具性能优劣对零部件加工质效起到决定性作用。若刀具选用不当，很可能造成金属零部件精度和规定的标准要求之间存在较大出入，或导致金属表层过度粗糙、凹凸不平等。如果上述原因得不到重视，则会降低机器加工制造水平。因此，在金属切削实践中，一定要依照切削部件属性选择最适宜的刀具。可以从两方面着手。
(1)选用刀具时，一方面在考虑企业生产效益的基础上，尽量选择耐高温、耐摩擦性能好的刀具，能适度延长刀具使用年限，同时也降低了压缩金属的生产成本，提升了刀具的质量。另一方面，应依照不同金属材料属性、加工方法的差异性选择刀具，例如，打磨金属零部件时，推荐选用做工较精细、硬度较高、磨粒规格适宜的刀具;要想顺利的完成锯切，通常会选择该类型的刀具，可以避免其他刀具因为质量问题造成的延误工期等问题[3]。
(2)科学设定刀具的几何角度。例如，加工制造薄壁金属构件时，刀具的几何角度会因为切削环节出现的热变形量，切屑力度，切屑轴向等问题带来一定的影响。首先，刀具前角大小对刀具锋利程度起着决定性作用。前角角度越大，刀具越锋利;切削力小，刀具与零部件形成的摩擦力降低，热变形量随之下降。如果前角值超过了一定的范围，会导致刀具锲角降低，削弱刀具的强度值，刀具耐用性能也相应降低。例如，对40Cr金属工件进行切削处理，若选用硬质合金刀具，粗车时前角取值为5°～8°，有助于增强刀具刚性;精车时前角取8°～12°，目的是减少刀具与金属工件间的摩擦力，优化被加工面表层质量。其次，分析刀具后角，其和刀具背面与工件表层摩擦程度存在一定相关性。伴随后角增大过程，摩擦力有降低趋势，切削刀热也会由此下降。但后角偏大时，会削弱刀具强度。若切削对象为薄壁零件时，粗车设定的后角偏小，精车后角可以适度提高。再次，切削力轴向或径向主要是因为刀具的主偏角大小所决定的。伴随主偏角增加过程，径向切削力随之降低，轴向切削力不减反增。在切削薄壁零件时，推荐尽量选用主偏角偏大的刀具[4]。最后，刀具副偏角大小影响被加工金属构件表层粗糙程度，和刀具的强低有直接的联系。副偏角偏小，会增加副后面和已加工金属构件表层间的摩擦力，切削会出现振动现象。进行处理薄壁零件切削过程中，通常建议取副偏角8°～15°。粗车阶段可以适度提升副偏角数值，其目的是强化刀具的耐用性，确保已加工表面粗糙度符合设计要求。
3.2科学装夹工件
对于薄壁金属零部件，壁薄是其典型特征，在切削力作用下径向形体容易发生变化。科学装夹操作有助于提升产品加工的精确度。因此，在具体生产实践中，不推荐简单的采用三爪卡盘直接装夹薄壁零件，这主要是因为夹紧力汇聚于三位点时，增加了工件变形的风险。
若能够增设薄壁零件的装夹接触面，使装紧力尽量均匀分布，则可以较为明显改善金属构件的受力状态，降低初有形体改变的概率。结合物理学压强公式，当压力F一定时，伴随物体受力面积S的扩增过程，压强P有不断降低趋势，这也从理论层面证实了上述观点。为拓展薄壁零件的夹持面积，推荐使用开缝夹套、扇形爪等辅助器具，实践表明这些均是成本低廉、效果较好的工艺方法。
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在科学技术日新月异的大背景下，金属切削加工也逐渐践行现代化运作路线。数控机床应用范畴有不断拓展趋势，要求夹具定位精确、安装快捷，且能智能化夹紧。依赖弹性心轴在薄壁套上制造孔定位，夹具体完成端侧面定位任务，拉杆和数控车床主轴的回转油缸衔接，回转油缸对拉杆运作过程起到驱动作用，达成智能化夹紧目的[5]。
3.3合理使用切削液
这是降低切削热对产品加工精度影响程度的有效方法。这主要是因为切削金属零部件阶段，工件对切削过程会形成一定阻力，引起弹性与塑形变形。切削区段会形成大量的切削热，切屑、刀具、工件间摩擦过程也会释放大量热，会给刀具造成不同程度的损伤，使得被加工工件表层粗糙度不符合设计要求，诱导工件受热变形过程。在切削薄壁零件时，要提升切削液利用率，确保切削以及切屑的有效性。
4案例应用与分析
以某型号设备的工作台为例，加以说明[6]。
(1)设计要求。其中工作台安装面的平整度要求<0.15mm，材料力学、坚硬度等指标均符合国标要求。
(2)仿真目标。基于仿真技术，分析切削、热处理等工艺参数，剖析机械加工工艺全过程对工件、刀具形成的影响及作用机制。
(3)要按照国标的具体要求，参考目前工艺标准和具体参数。要求即时处理，温度180℃，保温时长8h，总时间≥20h。当温度为180℃、160℃、190℃时，工作台变形范围依次为-1.1～0.636mm、-0.986～0.665mm、-1.1～0.634mm，残余应力分别为0.0344～377MPa、0.0282～355MPa、0.0344～377MPa。
(4)设置切削加工仿真参数。可转位刀具内径25mm，齿数2个，转数18800r/min，进给速度800mm/min，切削量2mm，刀具制造材料以Carbide-General为主，工件材料选为AL6061。
(5)优化切削加工工艺。将转速转数18800r/min，进给速度800mm/min，切削量2mm设定为设计变量，要优化切削的加工工艺[7]。
结合热处理工艺仿真分析结果，本工作台的变形量为0.634～-1.10mm。通过维持现存的切削材料进给速度、提升主轴转速，刀具的轴向以及进给方向的切削力度也有所降低。基于热处理与切削优化工艺参数对试件做加工处理，认为仿真优化切削工艺参数有助于提升金属整体件加工精度。
5结束语
分析金属切削加工工艺，探究几种可执行度较高的工艺与方法。立足于金属加工切削现实需求，科学选用刀具，有针对性地调整刀具使用过程中的几何角度，合理使用切削液等，加大仿真分析技术的应用，希望对提升金属加工切削精度有所帮助。——论文作者：赵传生
