钨钢（硬质合金）因其高硬度、高耐磨性和优异的热稳定性，被广泛应用于模具制造领域。然而，在钨钢模具的切削加工过程中，切削力的控制直接影响加工精度、刀具寿命及表面质量。本文从材料特性、切削参数、刀具几何参数及工艺环境四个维度，系统分析影响钨钢模具切削力的核心因素，为优化加工工艺提供理论依据。

一、材料特性对切削力的主导作用

1.1 化学成分与微观组织

钨钢的硬度主要来源于碳化钨（WC）、碳化钼（MoC）等硬质相的弥散分布。以含钨量6%-7%、钼量4%-5%的典型配方为例，高硬度的碳化物颗粒在切削过程中与刀具直接接触，导致切削力显著增大。此外，碳化物形态对切削力影响显著：若碳化物呈粗大、不均匀分布，切削时易引发切削力波动，甚至造成刀具崩刃；而细小均匀的碳化物分布可降低切削阻力，提升加工稳定性。

材料的晶粒度同样关键。细晶粒钨钢通过细化组织提高强度和韧性，使切削变形更均匀，从而降低切削力峰值。例如，晶粒尺寸小于1μm的钨钢在铣削时，主切削力可降低15%-20%。相反，粗晶粒材料易因各向异性导致切削力集中，增加加工缺陷风险。

1.2 物理性能与加工硬化

钨钢的密度高达19.3g/cm³，远超普通钢材，切削时产生的惯性力与摩擦力显著增大。同时，其导热性较差，切削热难以快速传导，导致切削区温度升高，进一步加剧刀具磨损。加工硬化现象也是重要影响因素：钨钢在切削过程中表面层硬度可提升20%-30%，显著增加后续切削的阻力。例如，在连续车削中，加工硬化层深度每增加0.1mm，切削力可上升10%-15%。

二、切削参数对切削力的动态调控

2.1 切削深度与进给量的协同效应

切削深度（背吃刀量）是影响切削力的首要参数。实验表明，当切削深度从0.5mm增加至1.5mm时，主切削力近似呈线性增长，增幅可达3倍以上。这是因为切削面积随深度增加而显著扩大，导致材料去除量激增。相比之下，进给量对切削力的影响呈非线性关系：进给量从0.1mm/r增至0.3mm/r时，切削力增幅约50%，但单位切削力的效率更高。因此，在粗加工阶段，优先选择大进给量可提升材料去除率；精加工阶段则需控制切削深度以降低表面粗糙度。

2.2 切削速度的双向影响

切削速度对钨钢切削力的影响存在临界区间。在低速区（<50m/min），切削力随速度提升而下降，主要因切削温度升高导致材料软化；在高速区（>150m/min），切削力可能因积屑瘤形成与脱落、刀具磨损加剧等因素出现波动。例如，在铣削含钴钨钢时，当切削速度从80m/min提升至120m/min，切削力先降后升，在100m/min附近达到最小值。

三、刀具几何参数的优化设计

3.1 前角与主偏角的协同作用

前角是调节切削力的关键参数。增大前角可减少切屑变形，降低切削力，但过度增大前角会削弱刀具强度。对于钨钢加工，前角通常控制在-5°至10°之间。例如，采用5°前角车削钨钢时，切削力比0°前角降低12%-18%。主偏角则通过改变切削力分量影响加工稳定性：增大主偏角可降低径向力，减少振动，但主切削力随之增大。在铣削薄壁钨钢模具时，选用75°主偏角可有效抑制变形。

3.2 刃口强化与断屑设计

刃口强化技术（如负倒棱、钝圆半径）可提高刀具抗冲击性，但会增大切削力。例如，添加0.1mm宽的负倒棱可使切削力上升8%-12%，但刀具寿命延长30%以上。断屑槽设计对切削力控制同样重要：合理的槽形参数可促进切屑卷曲断裂，避免长切屑缠绕刀具。在钻削钨钢时，采用螺旋槽钻头可使切削力波动降低25%，显著提升加工稳定性。

四、工艺环境的综合影响

4.1 冷却润滑方式的创新

传统切削液在钨钢加工中面临润滑失效与环保压力。采用微量润滑（MQL）技术可降低切削力10%-15%，同时减少热变形。例如，在铣削钨钢时，MQL技术使刀具寿命提升40%，表面粗糙度降低至Ra0.8μm以下。低温冷风切削技术通过-30℃冷风抑制切削区温度，可降低切削力8%-12%，尤其适用于精密模具加工。

4.2 机床刚性与振动控制

机床刚性不足会导致切削力波动加剧，甚至引发颤振。实验表明，机床动态刚度每提升10%，切削力稳定性可提高15%-20%。通过采用阻尼减振刀柄、优化装夹方式等措施，可有效抑制振动。例如，在车削钨钢轴类零件时，使用液压夹具可使切削力波动范围缩小至±5%以内。

五、多因素协同优化策略

钨钢模具加工中切削力的控制需统筹材料、参数、刀具与环境四大要素。例如，针对高钴钨钢的精密铣削，可采用以下组合方案：

材料预处理：通过深冷处理细化晶粒，降低加工硬化倾向；

参数优化：切削深度0.3mm、进给量0.08mm/r、切削速度80m/min；

刀具设计：前角8°、主偏角60°、涂层采用AlTiN；

工艺保障：采用MQL冷却，机床主轴刚度≥150N/μm。

该方案可使切削力降低22%，表面粗糙度达到Ra0.4μm，刀具寿命延长至120分钟以上。

结语

钨钢模具加工中切削力的控制是系统工程，需从材料微观组织调控、切削参数动态匹配、刀具几何精准设计及工艺环境综合优化等多维度入手。随着超硬材料涂层技术、智能切削参数自适应控制等创新手段的应用，钨钢模具加工将向高效、精密、绿色方向持续演进，为高端制造业提供关键技术支撑。