刀具难加工材料的加工要点及解决方案套标机

2018-08-09 18:41:32来源： 贤集网

随着科技的发展使得当今大量零部件的结构异形化、形状复杂化及型面多样化，如钛合金的整体叶轮、航空发动机的涡轮盘。难加工材料如奥氏体不锈钢、淬火钢、钛合金、高温合金和钛合金等材料，一方面由于难加工材料硬度高、熔点高、耐磨性好、抗氧化和抗腐蚀能力强等优点，所以其在航空航天和石油化工等领域应用广泛；另一方面难加工材料这些特性使得加工过程中切削力大、切削区温度高、切屑不容易折断、加工表面完整性差且刀具使用寿命短。

传统材料的加工工艺、加工方法和加工刀具无法满足难加工材料结构件的加工要求，需要从难加工材料及其结构件的可加工性和加工工艺方法出发，提出合理的加工方法：采用相位图方法分析难加工材料的可加工性；选取适合的加工工艺方法——高压冷却方法，微量润滑切削（MQL）加工，加热（激光）辅助切削加工，低温冷却辅助切削加工；还有提高难加工材料切削效率的方法：刀具设计、刀具涂层和材料、刀具几何参数的合理选择、选取合理的切削用量和加工方式。针对难加工材料的加工可以参照一些厂家的加工方案。

本文主要讨论难加工材料需要考虑的4个要点：用合理的刀具几何参数和切削参数来控制切削力、冷却润滑辅助工艺、合理的加工工艺和考虑刀具性价比的合理刀具效率。并且列举几个山高刀具对难加工材料及其结构件的解决方案，提高难加工材料的加工效率和刀具使用寿命。

1.切削难加工材料的要素

（1）适当地控制刀具的切削力。切削力的方向和大小直接影响刀具的使用寿命及工件（尤其是薄壁件）的加工质量。切削参数对切削力的影响如图1所示，山高推出的计算主切削力的Kienzle定律，横向为进给量或切深，纵向为切削力。进给量比切削深度对切削力的影响更显著，如山高刀具公司整体合金铣刀研发出专用于高温合金、钛合金及不锈钢等材料的高效刀具，既提高了加工效率和刀具使用寿命，又能降低加工风险，保证零件的加工质量。

（2）合理的辅助加工工艺措施。加工难加工材料时，适当地提高加工线速度并实施充分的冷却，能够有效的断屑。如山高刀具公司推出的JetstreamTooling飞流系统等，使切削液更充分地喷射到加工点上，能有效地降低切削热，对润滑刀具效果好，有利于切屑的折断，特别适用于不锈钢、钛合金及高温合金等难断屑材料的加工。

（3）选用高效加工方法加工难加工材料。目前常用的几种高效加工方法有：片皮法、层切法、摆线法及插铣法等。如采用片皮法大切深小切宽的方式，尽可能地使刀具少处在产生热量区域内而多处于散热区域，以提高刀具使用寿命。无论采用哪种方法，其目的都是在加工过程中减少加工热的产生。难加工材料的高效加工方法会显著地影响刀具的加工效率和刀具使用寿命。

（4）刀具性价比的均衡。很多人都很看重刀具的价格及使用寿命而往往忽视了刀具的效率问题，然而刀具效率的提升所节约下来的成本远远大于刀具自身的成本。图2所示是切削速度与刀具成本、机床成本、总加工成本和每小时加工零件数的关系图，从图2中可以看出，既保证加工效率（每小时加工零件数），又兼顾其他成本时，加工需要选取合理的加工速度。

2.难加工材料的加工实例

实例1：采用刀具涂层和高压冷却进行钛合金的铣削。

对Ti6Al4V材料机匣件在200 bar情况下的加工案例，加工条件如下：刀杆型号为R220.69-0040-12-5，F40M涂层，其刀片型号为XOEX120416R-M07/XOMX120416R-ME08；切削参数：fz=0.14mm/z，ap=2mm，ae=15mm，10 bar高压冷却。机匣件如图3所示，材料为Ti6Al4V。刀具涂层如图4所示，包括有TiN、（Ti，Al）N、Ti(C，N)和TiN结合涂层。切削速度对刀具使用寿命的影响如图5所示，纵向为刀具连续切削时间，横向为切削线速度，从而可以看出采用涂层的刀具切削Ti6Al4V的切削速度在60～80m/min时，刀具使用寿命较短，为了保证该涂层的刀具使用寿命，可选切削速度为40～50m/min。

实例2：新型铣刀高进给铣削的应用。

（1）采用较小的轴向切削深度，较大的每齿进给量（尤其对于加工大悬伸深模腔时，传统圆刀片铣刀轴向切深不大），实际金属切除率明显提高，比用传统圆刀片加工效率高。

（2）新型铣刀与圆片铣刀的总切削力方向如图6所示，该种新型铣刀的总切削力的轴向分力较大，提高刀具切削刚性，尤其当加工大悬伸深模腔时，加工稳定性比传统圆刀片铣刀好。山高新产品轴向切削深度高达1.8mm。

新型铣刀加工模具型腔如图7所示。加工要求、条件及状态：加工模具型腔，预硬模具钢56HRC；刀杠型号为R217.21-2525.0-R100.3(Ф25 mm)；刀片型号：218.19-100T-T3-MD06，F15M；切削参数：Vc=195m/min，N=2 500r/min，fz=0.53mm/z，Vf=4 000mm/min，ap=0.3mm。

3.结论

难加工材料的机械特性决定了其可加工性差的特点。可采用选配适合的刀具和加工参数降低切削力。采用高压冷却的辅助加工工艺，选用适合的高效加工方法，考虑刀具性价比均衡优化等要素，可提高难加工材料加工效率，降低刀具成本。

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