高硬度鋼蛙府、硬粉末金屬揣交、超耐熱合金以及雙金屬材料在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣。用這些材料制作的產(chǎn)品幾乎堅不可摧胡电，同時也給人們帶來了新的難題：怎樣才能以最經(jīng)濟的方式將這些材料加工成最后的產(chǎn)品介劫。令人欣慰的是刀具供應(yīng)廠家在開發(fā)銑削和車削加工高硬度材料的刀片方面有了新的進展。目前寂曹，涂層硬質(zhì)合金回右、金屬陶瓷漱挚、聚晶氮化硼（CBN）、以及聚晶金剛石（PCD）材料的刀片都得到了應(yīng)用蹬屹。這些先進材料制成的特殊形狀的刀片白华，表層附著的特殊涂層在加工時可以承受機械沖擊和磨損時產(chǎn)生的熱量。但是锥酌，使用這些刀片時還需要其他外部條件，其中之一就是需要經(jīng)驗豐富的刀具供應(yīng)商的密切配合连载。
刀片的費用相對較低异浸，硬質(zhì)合金刀片的成本約占總加工費用的3%，CBN刀片占到5-6%锐洞，所以使用便宜的刀片是一種錯誤的節(jié)約方式。采用先進材料的刀片可以在短期內(nèi)收回投資弧劳，且廢品率很低惜施。
另一方面，在一副大銑刀上裝上刀片未必就是一個代價昂貴的錯誤骗随。CBN刀片的費用是硬質(zhì)合金刀片的8-10倍赴叹。在使用這些先進材料的刀片時，如果切削速度和進給量不正確涨椒，將影響產(chǎn)品質(zhì)量和刀具壽命绽媒。因為實現(xiàn)庫存儲備困難，選擇合適的刀片需要正確評價加工效益及整個工藝過程囤热。
物有所值
從整個加工過程來看获三，如果考慮調(diào)校和更換刀片的時間的話，即使使用費用較低的硬質(zhì)合金刀具來滿足公差和表面精度要求容厦，那么這筆費用也是昂貴的。只有對生產(chǎn)能力担泥、加工周期以及刀片性能綜合協(xié)調(diào)佛殉，才能最終形成真正的加工能力。
有一個很好的例子姿叠，在一次專門的小批量加工中，使用涂層硬質(zhì)合金刀片拗炎，成功的對一個燒結(jié)碳化鋇燃氣渦輪葉片進行銑削加工。在切削速度為120sfm時李根，只用5-10分鐘就完成了切削几睛。在高硬度材料的大批量加工中，15-30分鐘的刀片壽命是可以接受的囱持。但對于小批量工件焕济，較短的刀具壽命和經(jīng)常性的更換刀具并不是主要缺陷。然而晴弃，在滿負荷生產(chǎn)中延長刀片壽命變得很重要上鞠，這樣可以減少換刀時間际邻、換刀人員旗国、提高機器利用率和生產(chǎn)力∶鹞鳎現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀片可以很好加工渦輪葉片蝉速，如果加工量很大時，就應(yīng)采用硬度更高弹爱、費用更昂貴的CBN刀片牍侧。
使用先進材料刀片進行加工必須選取正確的進刀深度和切削速度。CBN刀片經(jīng)過強化座叙、導(dǎo)角契叔，在加工硬度超過50RC的材料時，可以防止刀片崩刃麸应。盡管CBN刀片剛性和韌性都很好损侄，但仍需要修正切削機床的參數(shù)以保證加工精度的要求，切削速度偏差超過10%就會對加工效果產(chǎn)生很大的影響换吧。
如果你需要加工高硬度材料，請考慮與你的刀具供應(yīng)商聯(lián)系钥星，他們可以根據(jù)其他用戶解決類似問題的經(jīng)驗為你提供解決方案沾瓦。如果需要作試驗暴拄，反復(fù)試驗通常從硬質(zhì)合金刀片開始编饺，再逐步試用理度較高且較貴的刀片。現(xiàn)代刀片幾何學(xué)撕蔼、高剛性刀柄以及精確的加工程序使價格較低的硬質(zhì)合金恨片能夠勝任艱巨的切削工作秽誊。如果不使用硬質(zhì)合金刀片钝摧，則需要根據(jù)具體情況選擇其它刀片，但種類繁多的材料還是會給加工造成很大困難裹融。
圖2：一些硬度達到60RC的材料中的碳化物顆粒的硬度達到90RC幽卜，在加工這些材料時寒焚，涂層硬質(zhì)合金刀片易受磨損百郊。 |
硬化鋼
合金鋼在各領(lǐng)域應(yīng)用很廣捉为，其硬度正在逐步提高鸡焰。以前工具鋼的硬度一般是45RC舱污，現(xiàn)在，經(jīng)淬火處理的鋼材硬度達到63RC的情況在模具制造業(yè)中已很普遍别威。模具廠家以前都是在熱處理以前進行切削驴剔，現(xiàn)在為避免熱處理引起的變形丧失，必須在熱處理硬化后對高硬度工具鋼進行精加工。在對高硬度合金進行銑削加工時琳拭，產(chǎn)生的熱量和壓力會導(dǎo)致塑性變形而加速刀片磨損白嘁。
盡管如此帘染，仍可以經(jīng)濟地用硬質(zhì)合金刀片加工高硬度鋼耕疟。比如在航天工業(yè)的加工中，一家專業(yè)航天器材制造商在一塊大的300M-4340改良型鍛造硬化鋼上重鏜孔時睹揍，轉(zhuǎn)而使用Sandvik GC1025硬質(zhì)合金刀片责某。大部分金屬材料都是在熱處理以前既感，硬度為30-32RC時進行加工的挂悲，然而，為了修正變形馆匿，必須對大工件上精密度要求高的孔進行復(fù)鏜渐北，這時材料硬度高達54-55RC赃蛛。
因為工件較厚呕臂，給加工增加了難度肪跋，需要對其重復(fù)鏜三次才能達到公差要求和表面精度要求州既。在第一次鏜孔還沒完成時，就因為金屬陶瓷刀具破損而中斷了囱叼。這給我們一個警示：破損的刀刃有可能毀壞整個工件恢核。相反欧蠢，擁有堅硬的PVD涂層和鋒利刀刃的先進的精細的硬質(zhì)合金刀片榴烦，可以持續(xù)進行6-9次切削绝壹。為了使用硬質(zhì)合金刀片判阀，供應(yīng)商推薦將切削速度從300sfm降低為175sfm,但仍保持相同的切削深度箩绍。用硬質(zhì)合金刀片以低切削速度進行三次鏜孔加工耗時80分鐘左右材蛛，而陶瓷合金刀具加工時間為一個小時卑吭。更重要的是豆赏，其附加的安全刀刃將因刃口破損而損傷貴重工件的可能性降到最小掷邦。 為找到用硬質(zhì)合金刀片銑削高硬度鋼材的合適的加工參數(shù)耙饰，切削速度一般從100sfm開始試驗卫殷。試驗性切削的速度可以由150sfm逐漸增加到180sfm嗡沈。通常進給速度為0.003-0.004英寸每齒。對于刀片的幾何外形柱涕，零角度或微小的負前角刀片比正前角刀片的刃口強度高垛墙。圓形硬質(zhì)合金刀片在加工高硬度材料時同樣有優(yōu)勢籍钱，這是因為沒有容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的尖角。
在選擇硬質(zhì)合金刀具時携喳，主要考慮其強度等級。安全性高的刃口可以承受很大的徑向切削力巍糯，以及刀片接觸和離開高硬度鋼時產(chǎn)生的沖擊啸驯。另一方面，這些經(jīng)過特別處理的抗高溫材料可以承受加工硬度達60RC的鋼材時產(chǎn)生的熱量，附有氧化鋁涂層的抗沖擊硬質(zhì)合金刀片也能承受銑削時產(chǎn)生的高溫罚斗。
燒結(jié)金屬
由于粉末冶金技術(shù)的進步徙鱼，出現(xiàn)了應(yīng)用漸廣的高硬度燒結(jié)金屬。一家生產(chǎn)商開發(fā)了一種含有鎢针姿、碳化鋇的鎳粉合金袱吆，其硬度可以達到53RC-60RC。在鎳合金的矩陣結(jié)構(gòu)中的碳化物顆粒硬度高達90RC搓幌。在加工這些材料時杆故，涂層硬質(zhì)合金刀片的刃面很快磨損迅箩，最初的刃口被磨平溉愁，這是由于顯微結(jié)構(gòu)中的超硬顆粒產(chǎn)生的細微振動會加速刀片的磨損。在加工這種高硬度材料時饲趋，硬質(zhì)合金刀片也可能受剪切力而破碎拐揭。
CBN刀片提供了一種效率很高的加工含有鎢和碳化鋇的高硬度粉末金屬的方法，其先進的幾何形狀可以克服細微振動奕塑。一位加工粉末合金的用戶發(fā)現(xiàn)愧陈，使用CBN刀片比最好的硬質(zhì)合金刀片的壽命要長2000倍。用一個有五塊刀片的平面銑刀搭吵，以200sfm的切削速度和0.007英寸/齒的進給速度加工高硬度工件煮啡，結(jié)果比電火花加工的速度要快75%。
要充分利用CBN棒论，切削參數(shù)必須保持在嚴(yán)格的范圍：切削速度160sfm,進給速度0.004-0.006英寸/齒馁祈，看起來有點慢，但對于加工燒結(jié)金屬來說委董，已經(jīng)是高的加工效率了银薪。精確的加工參數(shù)最好通過30-60秒的試切來確定。先從低速開始血明，再逐漸加速夫石，直到切削刃出現(xiàn)過多磨損，這樣才能取得最好的臨界值腊尤。 加工高硬度金屬時鸭僧，通常是干式加工，主要是為了保證切削刃的等溫性揩页。在大多數(shù)情況下领迈，帶有雙負前角的圓形刀片是效率最高的，這時切削深度限制在0.04-0.08英寸以內(nèi)碍沐。
由于銑削不是連續(xù)加工狸捅，在加工洛氏硬度超過60或更高的材料時，產(chǎn)生的持續(xù)不斷的沖擊會造成獨特的加工應(yīng)力累提。因此機器和刀具必須保持最大的剛度尘喝，最小的外伸懸臂磁浇，以及最大的強度，以便于承受在加工中產(chǎn)生的沖擊載荷朽褪。
超耐熱合金
航天工業(yè)中開發(fā)的超耐熱合金(HRSAs)越來越多的應(yīng)用到了汽車工業(yè)置吓、醫(yī)療機械、半導(dǎo)體缔赠、以及電站設(shè)備等方面衍锚。常見的超耐熱合金有Inconel 718、625嗤堰、 沃斯帕洛伊合金戴质、鈦6Al4V，現(xiàn)在又增添了鈦合金以及鋁鎂合金卒抖。所有的這些材料都給加工增加了難度氏腐。
圖3：圓形硬質(zhì)合金刀片在加工高硬度材料時同樣有優(yōu)勢，因為沒有尖角結(jié)構(gòu)栏葬，所以有很高的強度冻哈。 |
超耐熱合金的硬度很高，一些鈦金屬的硬度高達330布氏硬度抚言。使用傳統(tǒng)的金屬刀具优隔，在切削帶溫度將高達2000°F，將會弱化分子間的約束力芦槽，形成金屬流動層棋少。而如果用超耐熱合金刀具，在整個切削過程中详不，刀具將一直保持硬度不變蚯氯。
超耐熱合金在加工時也會產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，會導(dǎo)致刀片過早失效妖救。加工超耐熱合金的難度是多方面的橄浓，未剝落的材料被磨蝕劑覆蓋，其鋒利的邊緣甚至?xí)斓啬p刀片的切削刃亮航。
考慮到這些切削困難荸实，加工超耐熱合金時一般速度較慢。比如用Sandvik GC2040型刀片加工Inconel 718材料的剎車零件時缴淋，切削速度為200 sfm准给；用Sandvik 7020 CBN 刀片加工同種金屬時，切削速度調(diào)整為260 sfm重抖。而用無涂層的硬質(zhì)合金刀片切削工具鋼時露氮，速度為400 - 800 sfm。加工超耐熱合金所采用的進刀量與加工工具鋼的差不多。
選擇加工超耐熱合金的刀片時主要考慮材料和工件畔规。正前角硬質(zhì)合金刀片用來加工超耐熱合金材料的薄壁工件效率很高局扶。但是，加工厚壁工件時叁扫，需要負前角的金屬陶瓷刀片三妈，因為這種刀片的切削效率要高一些。在大多數(shù)高硬度加工中采用干式加工以保證切削刃的同溫性莫绣，而鈦金屬的加工策见，即使是很慢的切削速度也需要采取冷卻措施。
加工中超耐熱合金的不斷硬化將加速切削刃刃尖的磨損妆浅。沒有尖角的圓形刀片蒜材，它的切削刃強度很高，但超耐熱合金的加工硬化現(xiàn)象會導(dǎo)致刀刃產(chǎn)生缺口押逾。連續(xù)加工中改變切削深度果派，可以避免形成加工硬化帶蓝捌，防止刀具產(chǎn)生缺口眶洗，延長刀具壽命。吃刀深度可以這樣變化：第一次0.3英寸饵朱，第二次0.125英寸堤网，第三次0.1英寸。
雙金屬材料
雙金屬元件是將硬度較高的材料放在易磨損區(qū)域椰完，其它區(qū)域為較軟的金屬贫肌。這種方式在汽車工業(yè)和其它一些領(lǐng)域應(yīng)用很廣，但同時也給加工帶來了困難辨批。CBN切削硬度大于50RC的材料時效率很高怔匣，但如果切削較軟的金屬的話，反而會破碎桦沉。PCD刀片可以加工象鋁金屬每瞒，但用來加工鐵類金屬時，卻會產(chǎn)生過多磨損纯露。
要高效的加工雙金屬工件剿骨，需要對用戶、刀具供應(yīng)商埠褪、設(shè)備供應(yīng)商提供的加工程序進行調(diào)整浓利。有這樣一個例子，前文提到的高硬度粉末合金钞速，通過高溫等靜壓機壓制在價格較低的316不銹鋼底層上贷掖。通過編程將螺旋形走刀路徑輸入機床，并選用最優(yōu)的進刀量和切削速度，首先加工粉末合金苹威，然后再加工其底層金屬淘菩。這樣可以避免上述問題的發(fā)生。
為了提高雙金屬汽缸體的加工效率魏蜒，汽車制造商必須解決好如何加工研磨鋁合金與鑄鐵的汽缸襯墊的問題茧音。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計意味著，硬度較高的鑄鐵耐磨區(qū)不可能與較軟的鋁金屬完全隔離发凹。但是我們可以通過機床程序選擇很低的切削速度和很淺的吃刀深度來解決這一問題盘嘉，這樣我們可以只用抗磨的PCD刀片就能加工鋁層和鑄鐵層，而不需要頻繁的更換切削刀具衍康。
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