难加工材料切削刀片的正确选用

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。

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。

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

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SandvikCoromant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。

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