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干机械的，你懂什么叫“加工”吗？
说实话，我干这行十年了。
当踏上这一行当的起始阶段之际, 师傅递给我一把卡尺, 吩咐我去测量一根轴的外径尺寸。我测量了很长时间, 报出一个数值, 师傅看了一眼, 说道: “走开。”随后我才明白, 那根轴的公差只有0.02毫米, 在测量的时候我手部晃动了一下, 马上就超出了规定的公差范围。
那搞机械加工的这个东西, 看着好像挺简单, 可一旦开始动手去做的时候, 才发现全都是些零零碎碎、繁杂的小细节。今天来谈论几个基础的常识, 好多做了三五年的老行家里手可能都没办法讲得毫无遗漏。
什么是机械加工？真的只是“切铁”吗？
很多人一说机械加工，脑子里就是车床转、铣刀飞、铁屑哗哗掉。
其实不完全是。
机械加工的关键之处在于如此这般, 即运用工具将工件当中多余的那些材料给去除掉, 进而使得它转变成为在图纸之上那个形状、尺寸以及表面光洁度各个方面全都符合要求的物件。这里面有着三个重点所指向予以词汇标记的, 分别是: 形状、尺寸、表面质量。这三者之中要是缺少任何一个那都是不可以的。
形状不对，装不上；尺寸不对，配合不了；表面太糙，用不久。
机械加工并非只有切削这一种形式, 还有磨削, 还有电火花, 还有线切割, 还有激光切割, 还有超声波加工等等, 大约有十几种不同的工艺方法, 每种工艺方法都有其适用范围以及精度上限。
比如说普通车削, 其采用的是一般切削方式对工件进行加工, 它的经济加工精度常常是处于IT7到IT9级这个精度范围之内的, 这所表明的是公差范围大概是在0.01毫米至0.05毫米之间来回波动的。至于磨削这种加工方法, 它能够达到的精度可以至IT5级, 大约是0.005毫米这样的程度。而研磨这一加工手段更为突出厉害, 甚至能够达到IT01级, 是0.001毫米的级别——这可是头发丝的七十分之一。
为什么会有各种不同的加工方法？直接上最好的不行吗？
这个问题我当年也问过。
答案很简单：成本。
存在一套精密磨床, 价格较为适宜的起码几十万, 价格高昂的竟高达上千万。于进行零件加工这事上, 普通车床也许十几分钟就能搞定, 然而磨床很可能得历时长达两个小时才可完成。若是零件对于精度的要求并非很高, 那么运用磨床无疑是一种浪费之举。
机械加工的原则是：够用就好。精度高一级，成本可能翻三倍。
比如你做一个平常普通的法兰盘, 配合要求不高, 车削这种方式就够了。但要是非得用磨削这种方式, 速度慢, 成本贵, 客户不一定掏钱认可。
身为材料还有另一个原因, 针对不同材料要适配不同加工方法, 铝合金具有好切削的特性, 但是不锈钢就比较麻烦, 淬火钢的硬度非常高, 普通刀具根本没法啃动它, 必须采用磨削或者电火花加工。
所以选加工方法，本质上是精度、成本、材料三者的平衡。
为什么加工出来的零件尺寸总是不对？这不是你的错
很多新手一遇到尺寸超差就慌了，以为自己技术不行。
其实尺寸不对，很多时候不是人的问题，是物理规律。
处于加工期间, 刀具与工件接触, 产生大量热量, 工件受热膨胀, 尺寸变大, 比如有一根直径100毫米的钢轴, 温度升高10摄氏度时, 直径大概胀大0.012毫米, 但其公差可能只有0.02毫米, 这意味着温度变化时, 半个公差会消失不见了。
等冷却下来，尺寸又缩回去了。
所以, 当开展精密加工的时候, 那对环境温度进行控制这件事是绝对必要的, 好多精密车间把温度恒定在二十摄氏度, 上下允许有一度的波动范围, 进入里面工作的人员哪怕是在夏天也都得穿着棉服去干活, 就是这样的情况。
还有一个要素是切削力, 刀具对工件施加压力, 工件会出现弹性变形, 完成一次切削操作后, 力消散, 工件产回弹, 尺寸不符合要求, 这种状况在加工薄壁零件时格外显著, 比如航空发动机上的叶片, 其壁厚只有一两毫米, 受一点压力就会变形。
处理的办法是运用多刀分切这个方式, 一开始要着手进行第一刀的粗加工操作, 并且要预留出一定的余量, 紧接着开展第二刀的精加工工作, 把0.1至0.2毫米的那部分切除掉, 照这样做那么变形就会小了很多。
为啥有的零件表面呈现出那样一种状态, 即看似光亮然而触摸起来却感觉粗糙, 表面粗糙度可不是仅仅依靠眼睛去观察就能判断的。
有人加工完一个零件，用布擦干净，一看，亮亮的，觉得没问题。
拿粗糙度仪一测，Ra值3.2微米，不合格。
为啥会这样呀? 缘由是仅靠肉眼没法察觉到微观层面的高低凹凸状况。表面粗糙度讲的是加工表面上微小峰谷展现出的几何特性, 它的单位是微米。Ra1.6 微米这种情况跟 Ra3.2 微米这种情形, 光凭肉眼压根分辨不出差别, 并且手感上也不一定很明显, 可是装配之后, 两者的区别就变得特别大了。
具有 Ra1.6 微米 那般光滑程度的表面 , 其摩擦系数呈现为较小的数值状态 , 同时具备良好的耐磨性能特点。而具有 Ra3.2 微米 那般粗糙程度的表面 , 其接触面积呈现为较小的情形 , 并且存在应力集中现象 , 进而容易出现磨损状况。
而且粗糙度并非越低便越好, 表面太过光滑, 润滑油难以留存, 反而会加快磨损速度, 部分配合面要求Ra0.8微米, 部分密封面要求Ra0.2微米甚至更低。
加工方法存在不同，这些加工方法达成的粗糙度范围不一样, 普通车削的粗糙度范围一般在Ra1.6到6.3微米之间, 精车能达到Ra0.8微米, 磨削能达到Ra0.1到0.8微米, 研磨能达到Ra0.01微米以下。
所以下次别光用眼睛看了，拿仪器测一下，可能吓你一跳。
刀具真的越硬越好吗？太硬反而容易崩
很多人觉得，加工金属嘛，刀肯定越硬越好。
但现实是，太硬的刀脆，容易崩刃。
刀具材料有着好多不一样的类别, 高速钢的硬度处于HRC62至66这个区间, 韧性良好, 适宜用于低速加工以及制作具有复杂形状的刀具, 硬质合金不同, 其硬度在HRA89到93之间, 具备耐磨的特性, 比较适合高速切削这种加工方式, 陶瓷刀具的硬度更高, 然而很脆, 极易出现崩裂的状况, 另外立方氮化硼和金刚石, 虽说二者是最硬的, 但仅适合针对特定的材料来使用。
挑选刀具材料, 要按照被加工材料的硬度、韧性以及切削条件予以确定, 对于加工铸铁而言, 采用硬质合金就行, 针对加工淬火钢而言, 选用陶瓷或立方氮化硼, 在加工铝合金时, 使用高速钢或者硬质合金都没问题, 关键部分在于刃口得锋利。
还有一个很容易被忽略的点, 是刀具涂层。氮化钛涂层呈金色, 它能提高硬度和耐磨性, 还能降低摩擦系数, 最终使刀具使用寿命延长三至五倍。碳氮化钛涂层为蓝灰色, 其硬度更高, 特别适合加工不锈钢和高锰钢。
所以不是越硬越好，是合适才好。
写到最后，说点真心话
机械加工这行，门槛不高，但天花板很高。
零件在从毛坯转变成为成品时, 得去过十几道工序, 每一道工序里都有着无数的细节, 要是有一个参数没调整恰当, 整项活计便有可能会宣告失败, 活计失败后就只能重新去操作了, 这样一来材料费以及工时费就全都白费了。
有时候常常会感觉颇为疲惫, 站立了一整日, 腿部疼痛且腰部发酸, 浑身沾满油污, 可是当看到自己制造出来的零件被安装上去, 那个器件开始运行起来之时, 那样一种成就感, 确实不是其他行业所能给予的。
这行没有什么捷径。就是多看、多想、多练。
你所犯下的每一个错误, 都会转变成属于你的经验, 你磨废的每一把刀, 都会使你下次磨得更出色。
慢慢来，不着急。
反正铁，永远在那等着你切。
