【CPP114】訊： 挑戰：可加工性較差

         高溫合金（HRSA）對機床的要求很高，原因在于這類(lèi)材料在高溫下有很高的強度。 這些性能使其作為零件材料頗具優(yōu)勢，但是由于其機械負荷高，切削刃上存在大量切削熱，因此意味著(zhù)其可加工性很差。 典型高溫合金材料的具體切削力（是直接衡量切削材料難以加工程度的一種標準）幾乎是典型鋼材切削力的兩倍。 鎳基、鐵基或鈷基合金都具有其獨特的性能，可用于航空航天、能源和醫療行業(yè)，其性能只有接近其熔點(diǎn)溫度時(shí)才有較大改變。 但從可加工性方面來(lái)看，這也意味著(zhù)：

         -所需功率更高；

         -需要超穩定的加工工況；

         -對切削刃的要求很高；

         -優(yōu)化的冷卻液應用；

         - 在應用中選擇最適合的刀具。

        選擇正確的切削刃是高溫合金材料車(chē)削中的一個(gè)非常重要的因素。圓形刀片是適用于許多工序的基本選擇。Xcel刀片不同于其他刀片形狀，它提供了具有93°刀具的可達性?xún)?yōu)勢和45°進(jìn)入角優(yōu)勢的解決方案
其切削深度適用于半粗加工工序。


        切削刃的選擇對加工效率的影響

         影響高溫合金材料切削作用的首要因素就是切削刃加工工件的方法。 結合刀片槽形，切削刃的進(jìn)入角是獲得高刀具性能、長(cháng)使用壽命、高安全性和理想加工結果的決定因素。 通常會(huì )根據切削要求選擇刀片形狀，但事實(shí)上，采用小的進(jìn)入角有助于提高刀具性能和壽命，這絕對是應用中很重要的組成部分。因此，刀片材質(zhì)的選擇部分與進(jìn)入角的大小有關(guān)。 除此之外，進(jìn)入角還影響磨損類(lèi)型，主要是溝槽磨損，其溝槽大小會(huì )影響到加工結果，導致刀具過(guò)早到壽命。 了解了正確的應用方法也意味著(zhù)可以選擇能實(shí)現更高生產(chǎn)效率的刀片材質(zhì)。

         圓形刀片具有最強壯的切削刃，通過(guò)改變切深，主偏角是變化的，當然，切深要合理，最大深度達刀片直徑的四分之一。 為達到更大切削深度，最好使用具有恒定的45°進(jìn)入角的方形刀片。 對于較小的切削深度，精加工時(shí)切削深度不是問(wèn)題，可提高進(jìn)給率，以獲得足夠厚的切屑，同時(shí)可提高生產(chǎn)效率。 一般來(lái)說(shuō)，對于精加工而言，刀尖半徑應總是盡可能要大些。 為了盡可能減少溝槽磨損趨勢，應該考慮到在進(jìn)刀或轉角處刀片的滾動(dòng)動(dòng)作的編程問(wèn)題。 此外，為進(jìn)一步均勻分配切削刃上的荷載，坡走和多次走刀是非常有利的。
對于車(chē)削工序，如車(chē)削進(jìn)入拐角，使用菱形80°刀片是很理想的，可通過(guò)使用帶有特殊倒角拐角的刀片限定進(jìn)入角。 山特維克可樂(lè )滿(mǎn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)用于高溫合金車(chē)削的Xcel型刀片。 與圓刀片相比，該類(lèi)刀片在有限空間內具有較好的可達性和較大的進(jìn)給量，其進(jìn)入角可以盡可能減少溝槽磨損，同時(shí)提供均勻的切屑厚度和較低的徑向力。 通過(guò)這種方法，Xcel型刀片提供了具有93°刀具的可達性?xún)?yōu)勢和45°進(jìn)入角優(yōu)勢的解決方案，其切削深度適用于半粗加工工序。

　　專(zhuān)用刀具材料的必需性

         根據高溫合金材料的特定需求，刀片材質(zhì)和槽形需要搭配使用。 切削刃必須具有較高的硬度、適當的韌性和充分的涂層粘合性。 加工這種材料的可轉位刀片要具有以下特性：正前角刀片槽形、鋒利但強壯的切削刃以及相對開(kāi)放的斷屑槽。

        刀片材質(zhì)的選擇會(huì )受到車(chē)削工序類(lèi)型--粗加工、半精加工或精加工的影響，同時(shí)受到工況和切削類(lèi)型的影響。 由于高溫合金材料硬度的影響，在選擇刀片材質(zhì)時(shí)，必須始終考慮切削刃塑性變形這一主要風(fēng)險 （溝槽磨損主要受到進(jìn)入角和切削深度的影響）。 在刀片形狀已確定，選擇刀片材質(zhì)時(shí)，應首先判斷是連續切削還是間斷切削，因為這涉及到刃口強度問(wèn)題和切削負荷。

        車(chē)削根據所處工藝階段和工件類(lèi)型（鍛造件、鑄造件或棒材）的不同而有所變化， 三個(gè)工藝階段包括：第一階段的粗加工，中間階段的半粗加工/半精加工，以及最終階段的精加工。 為滿(mǎn)足工序和工件的不同需求，山特維克可樂(lè )滿(mǎn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)用于高溫合金材料的新型刀片材質(zhì)系列。

        片材質(zhì)--優(yōu)化后的正確選擇

        按照慣例，刀片材質(zhì)的選擇通�；�于所涉及的是粗加工還是精加工工序，當然這只是高溫合金車(chē)削考慮的其中一個(gè)方面。 在高溫合金車(chē)削中，塑性變形作為一種磨損形式，始終是一個(gè)存在的風(fēng)險，需要改善刀片材質(zhì)來(lái)避免或減小。 另一方面，溝槽磨損作為另一種主要磨損形式，它主要由進(jìn)入角的大小和所用刀片的形狀來(lái)決定。 因此，材質(zhì)選擇在很大程度上基于刀片形狀。

        硬質(zhì)合金材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)在于它可以實(shí)現耐磨性和韌性之間的平衡。 因此，用于高溫合金材料車(chē)削的硬質(zhì)合金材質(zhì)為具有較高熱硬度和良好韌性的細晶粒涂層刀具。 GC1105是首選的通用型材質(zhì)，可用于所有三個(gè)加工階段，以及當進(jìn)入角較大時(shí)（例如在必須使用80°或55°刀片但進(jìn)給量適中時(shí)）同樣表現優(yōu)異。

         中間加工階段、最終加工階段及切槽工序通常需要一個(gè)更加有力的備選方案，該方案可以為更苛刻和不穩定的工序提供高穩定性。 GC1115和GC1125材質(zhì)將有助于盡可能減少與切屑撞擊和溝槽磨損相關(guān)的問(wèn)題。 當需要利用有關(guān)刀片整體韌性的其他方案來(lái)優(yōu)化粗加工工序時(shí)，可以選擇使用非涂層材質(zhì)，例如H13A。

        精加工期間需要有較高的熱硬度和較好的熱障。 SO5F材質(zhì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，適用于45°進(jìn)入角，且是使用方形或圓形刀片的最終加工階段的理想材質(zhì)。 該材質(zhì)主要是為了優(yōu)化精加工中的生產(chǎn)效率而開(kāi)發(fā)，同樣，與破損后的刀片加工做對比，新刀片的加工能夠提供提供了非常一致的材料變形深度和殘余應力輪廓。

        陶瓷刀片材質(zhì)可以在高溫合金的粗車(chē)工序中實(shí)現很高的生產(chǎn)效率。 其應用與硬質(zhì)合金材質(zhì)的應用有很大的不同，較高的耐熱磨損性允許其可使用較高的切削速度。 但是，較低的韌性使其易于產(chǎn)生破壞性的磨損。 陶瓷材質(zhì)需要正確的刀具路徑和進(jìn)刀/退刀，且用于特定的切屑厚度范圍內。 它們也需要特定的切削刃，以利用適當的加工方法--理想情況下是使用圓形或方形刀片以45°進(jìn)入角加工。

         兩種新型賽阿龍陶瓷材質(zhì)適用于半精加工到粗加工，在開(kāi)始和中間階段切削時(shí)可獲得極高的生產(chǎn)率。 賽阿龍陶瓷是氮化硅陶瓷和氧化鋁陶瓷的混合體，在要求苛刻的工序中可提供最佳的化學(xué)穩定性以降低溝槽磨損。 在正確應用時(shí)，陶瓷的切削速度是硬質(zhì)合金材質(zhì)的好幾倍。 陶瓷材質(zhì)的高速和園刀片的高強度組合可以提高生產(chǎn)率。

        賽阿龍陶瓷材質(zhì)CC6060適用于較長(cháng)的切削長(cháng)度，在編程中采用圓弧切入和圓弧切出的優(yōu)化編程方式，所以它還可以適用于仿形加工和型腔加工。 該材質(zhì)具有較強的抗溝槽磨損性，且更適用于預加工的工件。 對于粗加工而言，賽阿龍材質(zhì)CC6065具有更好的整體韌性，在重型粗加工和插車(chē)（例如在凹窩、拐角以及沿著(zhù)肩部）中具有較高的穩定性。 在粗加工階段，該材質(zhì)可通過(guò)較高進(jìn)給率提高生產(chǎn)效率，并適用于鍛造黑皮、氧化皮和橢圓形的工件。

        另一種陶瓷材質(zhì)CC670是經(jīng)過(guò)碳化硅晶須加強的刀片材質(zhì)，其中碳化硅晶須在刀片主體材料內隨機排列。 這些刀片尤其適用于高溫合金材料和硬材料的高速加工，加工安全性高主要取決于其切削刃的高韌性。 和傳統的陶瓷材質(zhì)相比，CC670主要具有較高的強度。 目的是對具有橢圓表面和圓形表面氧化皮的鍛造工件進(jìn)行車(chē)削，這在第一個(gè)加工階段經(jīng)常遇到。

        刀片形狀--刀片槽形的選擇

        新槽型系列適用于0.2 mm - 10 mm的切削深度，其設計主要是為了控制切屑形成和使作用于切削刃上的壓力降低。 除了圓形刀片的RO槽形之外，用于普通車(chē)削的新型S槽形雙面刀片，使加工安全性上了一個(gè)新的臺階，并能滿(mǎn)足對表面質(zhì)量的高要求。

        在半精車(chē)和中等車(chē)削中，SM槽形通常是首選。 在中間加工階段應用廣泛，刃口鋒利且切屑控制好，對于長(cháng)時(shí)間連續加工性能優(yōu)異。在中等到輕載粗車(chē)中需要更好的刃口強度，主要原因是在連續加工中伴隨斷續、鍛造或鑄造黑皮，刃口韌度更高的SMR槽形可提供僅次于圓形刀片的最佳切削刃強度和進(jìn)給能力。

        在對高溫合金工件進(jìn)行精加工時(shí)，有兩種S槽形可供選擇。其中SGF用于半精加工至精加工，可提供最鋒利的切削刃、圓滑過(guò)度刃線(xiàn)和最低的切削力， 因此具有較高精度和非常高的表面質(zhì)量；對于半精加工和精加工，SF槽形加工精度高，被加工表面質(zhì)量好，且具有良好的切屑控制能力。 由于該槽形刃口鋒利，所以在切深較小、長(cháng)時(shí)間的連續加工中表現良好。

　    高溫合金材料車(chē)削時(shí)的幾點(diǎn)建議

        最后，對于這類(lèi)材料的車(chē)削，工序的優(yōu)化主要是使材料特殊性的影響和應用場(chǎng)合達到一個(gè)很好的平衡點(diǎn)。 成功車(chē)削高溫合金，有幾個(gè)主要的原則：

        -提前認真進(jìn)行計劃，制定完善的加工策略

        -多注意規劃加工方法

        -盡可能選擇最佳的新型可轉位刀片

        -認真確定最佳刀具路徑、穩定的刀具夾持裝和最安全的切削參數

        -使用螺旋切削長(cháng)度計算方法預測切削

        -正確使用冷卻液--最好使用高壓冷卻（HPC）


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