复合石蜡材料在数控机床上应用的良好效果

　　数控机床加工的材料通常是钢材，其硬度较高，特别是在首件加工时，由于程序编制及对刀的错误，零件形状和尺寸往往不容易达到图样要求，造成材料浪费。

　　同时初学者在数控机床的操作训练中常常会出现各种安全事故，造成数控机床、刀具的损坏，以及材料的大量浪费。出于安全和节约材料的角度，笔者近几年对复合石蜡材料替代钢材进行了试验，应用于数控机床首件试生产和教学训练，取得了良好的效果。

　　1.复合石蜡材料的特点

　　(1)节约材料 复合石蜡材料利用后可以对材料进行再回收，反复使用，能源消耗低，回收过程不会对环境造成危害。作为钢材的替代品，用于零件的首件试生产和教学性训练，生产和使用成本都非常低，有着非常广泛的应用前景。

　　(2)节约刀具 钢材加工对刀具的磨损大，特别是初学者经常会发生刀具碰撞的事故，刀具损耗量很大。

　　数控刀具的价格都非常高，发生碰撞后造成的损失也相当高。

　　由于复合石蜡材料硬度低，加工过程中对刀具的磨损几乎为零，发生刀具与零件碰撞时，材料碎裂，对刀具不会产生任何影响；同时刀具可以长期使用而不用修磨和更换，节约了大量的刀具费用。

　　(3)不使用切削液 复合石蜡材料硬度远低于钢材，加工过程不会产生热量，对刀具几乎没有磨损，所以不论是采取车削还是铣削方式，都不需要加注切削液，节约了切削液的费用。

　　(4)提高机床操作的安全性 数控加工的首件试生产和初学者的训练性加工，经常会发生刀具中国金属加工在线版权所有与零件碰撞，造成人身伤害，刀具和材料报废。采用复合石蜡作为加工材料，即使发生碰撞，只会使材料破碎，不会飞出伤人，有效保障了操作者的人身安全，同时避免发生碰撞对数控机床造成的精度降低和损坏。

　　(5)应用范围复合石蜡材料可以在各类数控机床及普通机床上加工，坯件可以加工成圆柱体、长方体或特殊形状及尺寸，可以在机床上进行外轮廓面、内孔、螺纹、切槽及特殊型面等加工。

　　2.复合石蜡材料的性能

　　(1)可回收材料的选择可应用于机械加工中的回收材料，包括低熔点的金属材料如铜、铝等，非金属材料如塑料、尼龙和石蜡等。

　　铜、铝的回收需要冶炼条件和设备，需要专门厂家集中冶炼，回收成本高。塑料、尼龙需要购置挤塑机，设备投入大，对设备的操作技术、维护等要求高，对环境也容易造成污染。石蜡的熔点低，回收再利用能源消耗少，对环境不会造成污染，是比较理想的材料。

　　(2)可回收材料的性能要求 应用于数控加工的可回收材料，应当具有足够的硬度、韧性和抗拉强度，使用夹具装夹，变形不大，在高速旋转时不会发生断裂；对机床不产生腐蚀和磨损，不能堵塞润滑和冷却系统；零件加工完成，尺寸和表面粗糙度可以达到图样要求，不会发生形状及尺寸变化；对刀具的磨损和损耗小，当刀具与零件碰撞时，零件易折断，不会对机床精度造成危害，避免对操作者人身产生危害；回收及使用过程不产生有毒、有害气体，对环境和人体无危害，材料价格和回收成本低。

　　(3)复合石蜡材料的性能改善 石蜡熔点和强度低，容易加工但也容易破碎，无法满足夹具装夹、刀具切削的要求。通过在石蜡中加入添加物，提高其硬度、韧性和抗拉强度，改善力学性能。

　　首先，提高材料软化和熔化温度。石蜡是无色至白色结晶蜡状固体，无臭无味，相对密度0.82~0.90g/cm3,熔点低于45℃的石蜡称为软蜡。熔点在45~60℃之间，25℃针入度低于20(0.1mm)的石蜡称为硬蜡。加入添加材料后石蜡的熔化温度可以达到70℃以上，在35℃以下的环境使用，材料不会发生明显的软化，可以满足机床装夹及加工要求。

　　其次，提高材料的硬度和韧性。石蜡的硬度是采用针入度来确定的，无法与钢材等金属材料的力学性能作对比，采用金属材料的检测方式对其检测，由于硬度太低，无法检测出相关数据，因此对材料的检测我们主要采用了直观判断的方式进行检测：一是在车床上可以进行三爪自定心卡盘装夹、一夹一顶、两顶尖装夹；在铣床或加工中心上用夹具装夹，材料不会发生明显变形和断裂。二是长度是直径3倍的材料在1.5m的高度掉落时，材料不发生断裂。三是刀具切削顺利，切屑不会粘附在刀具、工件和机床导轨上，零件加工表面平整，表面粗糙度值低。在石蜡中加入添加材料后，提高了石蜡的硬度，改善了石蜡黏性大、容易粘附的特点，通过调整配方，复合石蜡材料基本满足了上述三项检测要求。

　　最后，提高材料再回收性能。石蜡坯件通常采用浇注方式，内部往往会出现空洞等缺陷，材料在反复使用过程中，会混入切屑、机油、水及灰尘等杂物，加工出来的坯件内部会出现夹层缺陷。为了解决手工制作材料坯件质量不稳定的问题，经过反复实验，研制出用于加工复合石蜡坯件的生产设备，解决坯件容易出现缺陷的难题。加工出来的坯件外表面光滑，尺寸稳定，更换模具，可以生产出不同形状和尺寸要求的坯件，同时做到了规模化生产，以满足生产和教学需要。

　　3.复合石蜡材料在使用中的注意事项

　　(1)对每个批次复合石蜡材料均应进行性能检测，对内部有缺陷或性能降低的材料不能使用，应当加入相应的添加材料，重新处理后再使用。

　　(2)采用复合石蜡进行加工前，应当对机床进行清扫，将切屑、油污等擦拭干净，在导轨部分加注润滑油后再使用，防止材料中混入切屑等杂物，影响其使用的性能。加工过程中不用也不能使用切削液，防止材料中混入水分。

　　完成加工后应当及时对机床进行清理，将切屑集中回收再利用，对机床加注润滑油，防止将石蜡凝结在机床导轨上。

　　(3)复合石蜡材料比钢材硬度低，可以采用较大的进给量和背吃刀量，但为了验证数控程序，以及使初学者更好的掌握切削用量的选择，加工复合石蜡材料时，选择的进给量、背吃刀量、切削速度与钢材的切削用量应当一致。同一个程序在更换钢材进行加工时，应当保证同样可以加工出合格的零件。

　　采用数控车床加工复合石蜡材料时，出于安全的考虑，切削速度可以选择钢材的2/3,主轴转速应当控制在800r/min以内。

　　(4)由于复合石蜡材料对刀具几乎没有磨损，对于初学者来说，必须要明确刀具在加工过程中是有一定磨损量，应当加强和积累刀具应用方面的实践经验，为使用钢材加工做好准备。

　　(5)用复合石蜡材料完成数控机床的首件试生产后，应当根据情况对程序、刀补修改，零件合格后，才能进行正式生产。

　　4.结语

　　复合石蜡材料的硬度无法与钢材相比，韧性和抗冲击的能力无法与塑料对比，但其价格低廉、良好的可回收性是钢材和塑料无法比拟的，对保障数控加工产品的合格率，确保安全生产，降低生产和教学成本有着重要的意义。

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