难加工材料切削刀片的正确选用

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

难加工材料切削刀片的正确选用关键字： 　　目前，各种难加工材料如淬硬钢、超硬烧结金属、耐热超级合金、双金属材料等已日益广泛地应用于工业零件的制造。虽然用此类材料制造的零件可获得优异的使用性能，但同时也带来了一个难题：如何以合理的每件加工成本实现零件的最终成形加工。值得庆幸的是，如今刀具供应商已成功开发出了各种用于铣削、车削加工难加工材料的新型切削刀片，如涂层硬质合金刀片、金属陶瓷刀片、CBN刀片、PCD刀片等。这些新型材料刀片采用了特殊的几何形状和表面涂层，具有优异的耐磨损性能，并可承受加工过程中的机械冲击和热冲击。但是，如何在生产中合理、有效地使用这些切削刀片，还需要与掌握专业知识的刀具供应商密切配合。　　由于切削刀片的成本相对较低(一般硬质合金刀片的成本仅占加工总成本的3%，CBN刀片占加工总成本的5%～6%)，因此，为节约加工成本而一味选用较便宜的刀片实际上可能并不划算。新型材料刀片虽然价格较贵，但可以缩短加工时间，延长刀具寿命，提高产品质量，因此可能具有更好的经济性。　　另一方面，脱离实际加工需要而盲目选用新型材料刀片，也可能增大加工成本(CBN刀片的价格可达硬质合金刀片的8～10倍)。此外，使用新型材料刀片时，如采用不正确的切削速度和进给率，也会影响工件加工质量和刀具使用寿命。因此，选用难加工材料切削刀片时需要正确评估加工的经济性和综合考虑整个加工工艺过程。　　CBN刀片经过了强化和钝化处理，在切削硬度＞50HRC的工件材料时可有效避免崩刃现象　　加工经济性的综合权衡　　选择切削刀片时，需要对整个加工任务进行评估。在可以满足工件尺寸精度和表面光洁度要求，并考虑了加工时间和刀片更换的前提下，选用价格相对较低的硬质合金刀片可以实现较好的加工经济性。通过准确了解和综合权衡生产批量、加工时间和刀片性能，就能合理选用切削刀片，达到提高生产率的加工效果。　　以铣削加工材质为烧结碳化钛的燃气涡轮机叶片为例，当工件批量较小时，选用涂层硬质合金刀片也可获得较好的加工效果。在35m/min的切削速度下，硬质合金刀片的切削刃寿命仅为5～10分钟，而大批量加工难加工材料工件的合理刀片寿命一般要求达到15～30分钟。在小批量加工中，较短的刀片寿命和较频繁的更换刀片对生产率的影响并不明显；但在大批量满负荷加工中，较长的刀片寿命对于减少换刀辅助时间、降低劳动强度、提高机床利用率和生产能力则具有至关重要的意义。因此，当涡轮机叶片的加工批量较大时，选用硬度更高、价格较贵的CBN刀片可能更为合理。　　为了充分发挥先进材料刀片的切削性能，还需要选用正确的进给率和切削速度。以Sandvik Coromant公司的CBN刀片为例，该刀片的切削刃经过了强化和钝化处理，在切削硬度＞50HRC的工件材料时可有效避免崩刃现象。尽管CBN刀片韧性极佳，但对切削参数的选取仍十分严格，如所选切削速度高于或低于理想值的10%，则可能大大降低刀片的切削性能。　　为了实施难加工材料的切削加工，可考虑向专业刀具供应商寻求技术支持，刀具供应商可基于其它相同的加工实例提供合理的解决方案。在需要进行切削试验时，通常可采用试错(trial-and-error)方式，即首先用硬质合金刀片进行切削，然后换用新型材料刀片进行对比切削，比较不同刀片的加工效果。采用先进的刀片形状、高刚性刀柄和优化加工程序，通常可使价格较低的硬质合金刀片适合于难加工材料的切削。是否需要换用新型材料刀片，则应根据具体的加工任务及加工条件而定。对于同一大类的难加工材料，通常在切削刀片的选用上具有一定共性。　　淬硬钢的切削加工　　目前，许多合金钢工件对硬度的要求越来越高。过去，工具钢的应用硬度通常为45HRC，而现在模具工业使用的工具钢已普遍要求淬硬到63HRC。为了避免热处理变形，需要对一些过去只能在热处理之前进行切削加工的模具实施完全淬硬状态下的精密铣削加工。在铣削完全淬硬钢时，产生的切削热和切削压力可能引起切削刀片的塑性变形并使刀片迅速失效。如铣削硬度为60HRC的淬硬钢(材料中的碳化物颗粒硬度可达90HRC)时，普通的涂层硬质合金刀片将发生后刀面快速磨损。　　铣削硬度为60HRC的淬硬钢(材料中的碳化物颗粒硬度可达90HRC)时，普通的涂层硬质合金刀片将发生后刀面快速磨损　　虽然淬硬钢不易切削，但采用硬质合金刀片仍可实现对完全淬硬钢工件的经济性加工。以航空零部件的加工为例，某大型飞机制造企业用Sandvik公司的GC1025硬质合金刀片替换原来使用的金属陶瓷刀片后，成功完成了对材料为淬硬的3000M钢(4340变质处理)的大尺寸锻件的二次孔加工。被加工孔的大部分加工余量已在热处理之前(材料硬度30～32HRC)切除，但为了修正热处理变形，这种大尺寸工件上的精密孔必须在工件完全淬硬后(硬度达54～55HRC)进行二次切削加工。由于被加工孔位于工件深处，特殊的工件形貌使加工相当困难，因此需要经过三次走刀切削才能达到要求的尺寸精