逆转难加工材料车削现状，实现高效加工

 　　随着机床设备的提升和高压冷却（HPC）系统的运用，车削不锈钢，超级合金，以及其他难加工材料，变得更容易。在许多应用中，在泛流冷却、低压冷却下，采用先进刀具，生产率可提升 20% 或更多，每切削刃寿命可提升一倍。如果在此基础上，仅仅提升冷却压力至 70-300 bar，加工潜能可再获大幅提升。事实上，采用合适的高压冷却（HPC）刀具，将在切削刃寿命及/或生产率方面收获数量级规模的增长。
 
 　　让我们首先从车削难加工超级合金，不锈钢，钛合金材料的最新进展着手：
 ◎在常规冷却前提下，更新粗车刀片合金牌号至伊斯卡 IC6015，加工 316L不锈钢。不仅每切削刃加工工件数从4件增加到10件，而且切削效率提升了20%。
 ◎同样，采用伊斯卡IW7晶须增强陶瓷刀片，也使得车削硬高温合金得到改善，特别是在粗加工加工应用中。事实上，在粗加工及半精加工应用中，此类刀片寿命比硬质合金刀片高出8倍至10倍。新陶瓷刀片可承受因切削速度高而产生的高切削热，该切削热可软化被加工材料，比如软化钨铬钴合金。故而，将其应用于无人值守情况下车削超级合金，也表现出出色的可靠性。

切削热控制，控制切屑

　　镍基合金，钴基合金等属于高粘性，长切屑的材料；然而通过刀片设计结构的改变，我们更好地控制了加工中的切削热和切屑形状。即便没有高压冷却（HPC），加工此类材料的刀片，也需遵循：锋利切削刃，光滑表面，耐热涂层，高强度卷屑槽。这种组合实现了快速断屑，推动切屑远离刀片及切削区域；避免因切屑粘结到切削刃上，使得刀片过热，或因切屑附着造成的再次切削，影响工件被加工表面质量。
 请记住，切屑硬度比母材高得多，也比母材更脆，因此也加倍提高了再次切削的破坏性。如果进行高压冷却(HPC)加工，冷却液（沸点350o C）仍呈现液相，从而保持了其润滑性，冷却能力和切屑冲刷能力。此外，高压冷却（HPC）条件下的射流流量足以在切削区域形成“液压楔”，大大减少了摩擦，减少了因摩擦带来的众多后果。

新刀具用武之地
 　　现在让我们来看看采用新的刀具，是如何使得减少车削难加工材料的困难。
 　　◎伊斯卡IC 6015刀片，设计了M –型高强度卷屑槽，采用束魔技术（SUMOTEC）进行CVD涂层。在稳定的切削条件下，IC6015刀片在对 M10-20材料进行精加工/连续切削的加工表现中，刀片的抗剥落性，抗崩刃性得到改善。全系刀片采用了带后涂层处理的束魔涂层技术，该技术由伊斯卡首创，在实践中被证明相比原来的涂层及应用，刀具性能提高30%。紧接着，伊斯卡将推出的IC6025牌号，具有与IC6015类似的特性，适合于对 M15-25材料进行粗加工或断续加工。（图1）

 　　◎螺旋刃立装刀片（HELITURN） 及螺旋刃平装刀片（ HELITURN LD），大正前角，螺旋切削刃，大进给，双面，适合于车削不锈钢，镍基合金，钛合金。螺旋刃平装刀片，带锋利切削刃，HM或M4MW高强度卷屑槽，这使得其在加工粘性材料时，与其他刀片具有较大优势。螺旋切削刃使得进刀退刀轻快，帮助减少刀片在此环节中的破损。大正前角被证明可降低切削功率 10%，这还不涉及对生产率和切削刃寿命的优化。
 　　◎不同于大多数陶瓷刀片，伊斯卡IW7晶须陶瓷新牌号，可用于超级合金的粗加工，半精加工。超硬的氧化铝基体，保障了其在加工淬硬材料时表现出高的耐磨性；结合 SiC晶须，更增强了陶瓷刀片的抗冲击韧性。此刀片还可承受因高速加工导致切削区域产生高的切削热，该切削热甚至可软化被加工材料。来自加工Inconel 718、镍基耐热合金等高温合金材质涡轮盘的报告显示，相比于其他陶瓷刀片，采用此加强陶瓷刀片使得加工效果得到了实质性的改良 （图2）。

高压冷却
 　　虽然我们都听说过采用高压冷却（HPC）技术给切削加工带来的好处，恐怕依旧会回避它，回避新增设备成本以及因“未曾验证”带来的技术不确定性。那么，让我们逐条分析：
 　　◎未曾验证？事实上，该技术已在航空工业，能源工业以及涡轮加工工业取得良好的验证。一方面，实践者的报告反映，在并未损失切削刃寿命的前提下，生产率提升2倍到3倍；另一方面，以关注切削刃寿命为主的报告反映，在相同金属去除率条件下，切削刃寿命为原来的7倍。而这些实验报告均来自加工钛合金及铬镍铁合金涡轮部件的内孔、外圆，钛合金机身部件，以及各种不锈钢部件。
 　　◎新增设备成本？对于最初的几年，是实情，但不是现在。在五十年代，对工厂而言，主轴转速不高，冷却泵功率不足，这些客观条件限制了高压冷却的发展。但如今，高转速主轴及高压冷却泵，已成为众多的机床制造商可提供的常规可选配置。除了加工不锈钢和超级合金的领域，高速加工正在众多加工运用中，迅速普及起来。
 
 “高压冷却 - 就绪”刀具
 　　当今，“高压冷却 - 就绪”专属刀具已经越来越被广泛接受。在刀具供应商为客户订制特殊几何形状和物理特性的非标产品，为难加工材料进行高压冷却生产时；标准的专属高压冷却刀具，例如伊斯卡的JETHP系列，也已经实现了同样的功能 --- 冷却液流经贯穿刀具的冷却通道，从喷嘴密集喷射出似激光束的射流，直达切削区域及第二剪切区。这是非常严苛的。在此，冷却液实现冷却、润滑，形成“液压楔”，最终体现于对切屑的可控性上，破碎切屑至均匀的短小屑、C-型屑。而冷却液由冷却泵抵达切削区域的过程中，对刀具及刀片，也起到了冷却作用。真正的高压冷却刀具的冷却液压力范围：70-300 bar。
 
 　　要获得最佳切削性能必须采用高压冷却刀具；而带冷却通道的标准刀具，不足以胜任此任务。差异主要体现在以下两点：(1) 冷却射流从喷嘴喷出后，是如何精准地定位射流喷射点的；(2) 喷嘴直径，该尺寸决定了对喷射点产生正确的冷却液压力。打个比方，高压冷却与常规冷却的区别，就如同采用电动喷枪与使用花园水管喷水的差距。（图3）

由经验获得的好处
 　　有经验的高压冷却刀具供应商，对该领域有足够深入的研究，并能为新进入者，提出相关建议。以下，就是为新手上路而给出的一些建议：
 　　◎采用硬质合金刀具。陶瓷刀片和CBN刀片在高压冷却加工中，性能提升并不十分显著。
 　　◎冷却液需流经刀具。不要用传统冷却形式，试图实现高压冷却射流。这只会带来麻烦，并可能伤及操作人员；出离了高压冷却加工的初衷，未获得高压冷却所带来的益处。
 　　◎如果你需要更大的冷却液压力（当冷却液汽化，蒸发，导致冲刷切屑的冷却流量不足），请加大冷却液流量，而不是增大冷却液压力。这是经济有效的措施。
 　　◎如何估量冷却流量需求？经验数据是  0.5 gpm/马力。也就是说，在高压冷却加工中，切削功率为10 马力，所需冷却液流量为 5 加仑/分钟。
 
 　　如果你在车削此类被加工材料时，遇到困难，可以打开思路，寻求帮助。你的竞争对手，或许，已经找到了更好的解答，答案中，包含着当今的高压冷却技术（HPC）。伊斯卡针对难加工材料加工，提出了众多解决方案，可大幅提升你的生产率。联系伊斯卡的专家，找到解决问题的关键所在，让他们为你的特别需求寻找到正确的加工策略。

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