另壹方面,隨著信息社會的到來,關於難加工材料的切削技術的信息也可以通過互聯網進行交流,因此未來關於難加工材料切削數據的信息將更加豐富,加工效率將進壹步提高。本文以難加工材料的切削為核心,介紹了該技術近年來的發展趨勢。
切削領域中的難加工材料
在切削加工中,刀具磨損通常包括以下兩種形式:(1)由於機械作用引起的磨損,如崩刃或磨粒磨損;(2)由於熱和化學作用造成的磨損,如粘結、擴散和腐蝕,以及由切削刃軟化和熔化引起的破損、熱疲勞和熱裂紋。
在切削難加工材料時,上述刀具磨損是在短時間內發生的,因為被加工材料中有許多促進刀具磨損的因素。例如,大多數難加工材料具有導熱系數低的特點,切削時產生的熱量難以擴散,導致刀尖溫度高,切削刃對熱量的影響明顯。這種影響的結果是,刀具材料粘結劑的結合強度在高溫下會降低,WC(碳化鎢)等顆粒容易析出,從而加速刀具磨損。此外,難加工材料的某些成分在高溫切削時發生反應,成分析出、脫落,或生成其他化合物,會加速崩刃等刀具磨損現象的形成。
切削硬度高、韌性大的材料時,切削刃溫度很高,切削難加工材料時也會有類似的刀具磨損。比如切削高硬度鋼材時,與切削壹般鋼材相比,切削力更大,刀具剛性不足會造成崩刃等現象,使刀具壽命不穩定,縮短刀具壽命。特別是加工短切屑工件材料時,切削刃附近會發生月牙形磨損,短時間內往往會發生刀具損壞。
切削高溫合金時,由於材料在高溫下硬度高,切削刃尖端集中了大量的應力,會導致切削刃發生塑性變形;同時,加工硬化引起的邊界磨損也很嚴重。
由於這些特點,要求用戶在切削難加工材料時,仔細選擇刀具品種的切削條件,以獲得理想的加工效果。
切削難加工材料時應註意的問題
切削大致可分為車削、銑削和以中心齒為主體的切削(鉆頭、端銑刀等。),而這些切削過程的切削熱對葉尖的影響是不同的。車削是壹種連續切削,刀尖上的切削力沒有明顯變化,切削熱持續作用在切削刃上;銑削是壹種間歇切削。切削力間歇性地作用在刀尖上,切削時會產生振動,刀尖會受到熱的影響。切削時加熱和非切削時冷卻交替進行,總熱量小於車削時。
銑削時的切削熱是壹種間歇加熱現象,刀齒不切削時被冷卻,有助於延長刀具壽命。日本理化研究所對車銑的刀具壽命進行了對比試驗。銑削時使用的刀具是球頭銑刀,車削是通用的車削刀具。切削對比試驗是在被加工材料相同的切削條件下(由於切削方式不同,切削深度、進給量、切削速度只能大致相同)和相同的環境條件下進行的。結果表明,銑削更有利於延長刀具壽命。
用帶中心刃的鉆頭、球頭銑刀等刀具切削時(即切削速度= 0m/min),中心刃附近的刀具壽命往往較短,但仍比車削時好。
切削難加工材料時,切削刃受熱影響較大,往往會降低刀具壽命。如果切削方式是銑削,刀具壽命會相對長壹些。但是難加工的材料不可能從頭到尾都是銑削的,有時還需要車削或鉆孔。因此,應根據不同的切削方式采取相應的技術措施,提高加工效率。
用於切削難加工材料的刀具材料
CBN在高溫下硬度最高,最適合切削難加工材料。這種新型塗層硬質合金是在超細晶合金的基礎上塗覆壹層具有良好高溫硬度的塗層材料。這種材料具有優良的耐磨性,也可作為切削難加工材料的優良刀具材料之壹。
難加工材料鈦和鈦合金化學活性高,導熱系數低,可以用金剛石工具切削。CBN燒結刀具適用於切削高硬度鋼和鑄鐵等材料。CBN含量越高,刀具壽命越長,切削用量越高。據報道,目前已開發出無粘結劑的CBN燒結體。
金剛石燒結刀具適用於切割鋁合金、純銅等材料。金剛石刀具刃口鋒利,導熱性高,刃口滯留熱量少,可將積屑瘤等粘連的發生控制在最低限度。切削純鈦-鈦合金時,單晶金剛石刀具更穩定,可以延長刀具壽命。
塗層硬質合金刀具幾乎適用於切削各種難加工材料,但塗層性能(單壹塗層和復合塗層)差別很大。因此,應根據不同的加工對象選擇合適的塗層刀具材料。據報道,最近開發了金剛石塗層硬質合金DLC(DIAMONDLIKECARBON)塗層硬質合金,進壹步擴大了塗層刀具的應用範圍,可用於高速切削領域。
切削難加工材料的刀具形狀
在切削難加工材料時,刀具形狀的優化可以充分發揮刀具材料的性能。選擇適合難加工材料特點的前角、前角、切入角等刀具幾何形狀對切削刀尖進行適當處理,對提高切削精度和延長刀具壽命有很大影響。所以,對刀具形狀壹定不能掉以輕心。但隨著高速銑削技術的推廣應用,逐漸采用小切削深度來降低刀齒載荷,並采用反向銑削來提高進給速度。所以刃口形狀的設計思路也發生了變化。
在鉆削難加工材料時,增大鉆尖角、進行十字形磨削和降低扭矩切削熱是有效途徑,可將切削與切削表面的接觸面積控制在最小範圍內,對延長刀具壽命和改善切削條件十分有利。用鉆頭鉆孔時,切削熱容易停留在切削刃附近,排屑也比較困難。在切割難加工的材料時,這些問題更加突出,必須引起足夠的重視。
為了便於排屑,通常在鉆頭切削刃的後側有壹個冷卻液出口,可以供給足夠的水溶性冷卻液或霧狀冷卻液,使排屑更加順暢,這種方式對切削刃有理想的冷卻效果。近年來,已經開發了壹些具有良好潤滑性能塗層物質。這些物質塗在鉆頭表面後,可以用幹鉆加工3-5天淺孔。
孔精加工壹直采用鏜削,但最近逐漸從傳統的連續切削方式轉變為輪廓切削等間歇切削方式,更有利於提高排屑性能和延長刀具壽命。因此,設計了這種用於間歇切削的鏜刀,並立即應用於汽車零件的數控切削。目前螺紋孔加工也采用螺旋切削插補,螺紋切削用立銑刀已經大量投放市場。
如上所述,這種從連續切割到間歇切割的轉換,是隨著對數控切割認識的加深而逐漸進行的過程。用這種切削方法切削難加工材料時,可以保持切削穩定性,延長刀具壽命。
難加工材料的切削條件
難加工材料的切削條件壹直設定得比較低。隨著刀具性能的提高、高速高精度數控機床的出現和高速銑削方法的引入,難加工材料的切削加工進入了高速加工和長刀具壽命時期。
目前,采用小切削深度來降低刀具切削刃上的載荷,從而提高切削速度和進給速度,已經成為切削難加工材料的最佳方式。當然,選擇適應難加工材料獨特性質的刀具幾何形狀也很重要,要努力優化刀具的切削路徑。比如在不銹鋼等材料上鉆孔時,由於材料導熱系數低,需要防止大量切削熱停留在切削刃上。因此,應盡可能采用間歇切削,避免切削刃切削面產生摩擦和熱量,有助於延長刀具壽命,保證切削穩定性。用球頭銑刀粗加工難加工材料時,應做好刀具形狀夾具的匹配,這樣可以提高刀具切削部分的振動精度和夾緊剛度,從而保證每齒最大進給量,延長高速旋轉條件下的刀具壽命。