杨琳琳　李兴伟　刘坤坤

摘要：机械制造业是国家工业立足的根本，是经济发展的重要支柱。而随着工业的发展，制造业对材料和刀具选择的要求也越来越高。本文主要分析了刀具和材料的性能及选用特点，着重说明了材料和刀具在机械加工中的重要关系。

关键词：机械加工；材料选择；刀具选择

引言

在现代机械加工方面，加工材料及刀具类型材质的选择很大程度上是决定产品质量和生产效率的关键因素，因此根据生产效率、生产成本、经济效益的综合需求，选择合理的加工材料及加工刀具是机械加工生产中很重要的一个环节。

1.相关概念简析

1.1 机械加工的定义

通过一种机械设备对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。其中广义上的机械加工就是指能用机械手段制造产品的过程；而狭义上的机械加工则是用车床（c）、铣床（x）、钻床（z）、磨床（m）、冲压机、压铸机等专用机械设备制作零件的过程。

1.2 机械加工的类型

灯丝电源绕组、激光切割、重型加工、金属粘结、线切割，金属拉拔、等离子切割、精密焊接、辊轧成型、金属板材弯曲成型、模锻、水喷射切割、精密焊接等。

1.3 刀具的概念

刀具是机械加工中用于切削加工的工具，又称切削工具，多为机用，少为手用。

1.4 刀具的分类

按照工件加工表面的形式：加工各种外表面的刀具、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具。

按照切削运动方式和相应的刀刃形状：通用刀具、成形刀具、展成刀具、镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀。

按加工方式和具体用途，分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等。

按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等。

按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；

按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。

1.5 零件材料的选择

原则：保证零件的使用要求及外部质量（形状质量，尺寸精度，表面质量）；内部质量（成分，组织，力学性能，物理化学性能，降低制造成本）；保证质量前提下尽量降低制造成本（材料费，小号的燃料及动力费，工资及设备费用）。

依据：零件的用途及工作条件；零件的结构、形状及外形尺寸；生产批量；生产条件（设备、人员技术及管理水平）等。

2.零件材料对刀具选择有决定性作用

2.1 材料的种类不同，力学系数及加工方式就会不同，这不尽对加工工艺有影响，而且对材料需求量及造价有影响，并在一定程度上在整个加工市场的材料标配及刀具生产。例如：一般粗加工平面槽等用冼刀或刨刀，圆柱体、半球体等回转性质的用车刀，精加工平面或内外圆用磨床；一般加工先粗到精，粗加工留一定的余量来精加工；考虑旋转直径来定转速、切削量、进给速度；加工长轴工件时 ，选择合适的刀具更为重要，必须严格选择并控制主轴转速、切削速度及切削量以提高产品加工精度，获取合格的表面质量。

2.2 制订工艺规程的步骤中很大一部分与材料及刀具相关：分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析；选择毛坯并拟订工艺路线并确定各工序的加工余量；计算工序尺寸及公差确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具；再确定切削用量及工时定额。应用中也有：车回转体零件用车床，车刀；加工平面用铣床；精加工用磨床；打孔用钻和电火花等具体相应刀具和机床。

2.3刀具选择大部分由零件的类型及加工面及精度决定。机械加工成套的加工工艺对大小型孔及其形状的简单或复杂程度没有明显的区别。但是实际工艺有细节区别：大尺寸和形状复杂的孔的加工偏移量應比标准值大一些，小零件和形状简单的工件则会小一些，且在不同轮廓的不同部位偏移量也不一样。另外工件的材质选择及热处理标准就与这些情况有很大关系，并成为影响机械加工性质的重要因素之一。操作者需要熟练掌握刀具特点及使用方法，根据加工工件的处理规律，灵活处置偏移量，在保证加工所需质量的前提下，不断提高生产率，以创造更大效益。

3.刀具性能特点对于材料选用的关键作用

3.1 由于机械加工刀具的材质、形状、技术要求及加工工艺的多样性，客观上要求工件材料具有不同的组织结构和被切削的优良性能。同时，生产可选用的材料种类很多，这使选择材料特别是毛坯也成为难点之一。

3.2 材料是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等而选择的机械加工对象，选择合适的刀具及材料是制订合适机械加工工艺规程的基础。操作者要了解刀具切削部位的组成、集合参数、工作角度、刃部参数刀具形状、切削角度、磨损形式及原因及耐用度与切削用量的关系。老师傅称：学机械是三分技术，七分刀具。面对现代机械加工市场的众多需求：降低生产成本，减少人工费用，缩短劳动时间，降低设备耗费，提高表面质量及产量。这要求操作工对机械加工常用刀具的型号、规格、技术要求及参考应用必须熟练掌握和应用。

4.正确选择材料和刀具的整体选用原则及其重要性

材料和刀具的选择要遵循经济且环保原则。其中包括加工生产对环境的影响，对资源、能源的消耗以及对社会生产可持续性的影响；加工制造的实际水平和能力、外协的可能性思考；在节约材料和能源的同时，充分利用经济环保的新材料，精密刀具及先进加工工艺。

材料和刀具的优选在零件工艺过程的作用不可否认。为提高机械加工生产率，也可考虑粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械加工中的应用，并找到综合生产成本的最佳组合点；因机械加工工序数量、材料消耗、生产劳动量等因素在很大程度上也取决于所选的材料及刀具，故正确选择材料及刀具对机械加工具有重要意义。

随着现代机械朝着高精度、高速度和低成本等方向发展，同时机械加工面临着工期缩短、质量提高、成本降低的迫切需求，这种环境及需求迫使零件加工对材料和刀具选择提出了更高的要求，开发并利用性能优良的材料和稳定加工的刀具是必然趋势，而处理好材料和刀具的重要关系并正确选择更是机械加工不可或缺的一部分。

参考文献：

[1]王存强.《铸造模具材料选择及加工刀具参数的设定》

[2]常丽娟.《浅谈机械加工中应注意的一些问题》

[3]王小新.《试论机械设计加工需要注意的问题 》

[4]尹震飚.《面向复杂型腔工件高效数控加工的刀具优选技术研究》

[5]姚学祥，张桂香.《超硬材料刀具研究现状和趋势》

作者简介：

杨琳琳（1992.7—），女，汉族，河南省南阳市人，郑州大学机械机械工程学院。

李兴伟（1994.11—），男，汉族，河北省保定市人，郑州大学机械工程学院。刘坤坤（1991.3—），男，汉族，河南省项城市人，郑州大学机械工程学院。