目前,涂層硬質合金、金屬陶瓷、聚晶氮化硼(CBN)、以及聚晶金剛石(PCD)材料的刀片都得到了應用。這些先進材料制成的特殊形狀的刀片,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生的熱量。但是,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驗豐富的刀具供應商的密切配合。


圖1:CBN刀片經過強化、導角,
在加工硬度超過50RC的材料時,可以防止刀刃崩刃

刀片的費用相對較低,硬質合金刀片的成本約占總加工費用的3%,CBN刀片占到5-6%,所以使用便宜的刀片是一種錯誤的節約方式。采用先進材料的刀片可以在短期內收回投資,且廢品率很低。

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。CBN刀片的費用是硬質合金刀片的8-10倍。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,將影響產品質量和刀具壽命。因為實現庫存儲備困難,選擇合適的刀片需要正確評價加工效益及整個工藝過程。

物有所值

從整個加工過程來看,如果考慮調校和更換刀片的時間的話,即使使用費用較低的硬質合金刀具來滿足公差和表面精度要求,那么這筆費用也是昂貴的。只有對生產能力、加工周期以及刀片性能綜合協調,才能最終形成真正的加工能力。

有一個很好的例子,在一次專門的小批量加工中,使用涂層硬質合金刀片,成功的對一個燒結碳化鋇燃氣渦輪葉片進行銑削加工。在切削速度為120sfm時,只用5-10分鐘就完成了切削。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。但對于小批量工件,較短的刀具壽命和經常性的更換刀具并不是主要缺陷。然而,在滿負荷生產中延長刀片壽命變得很重要,這樣可以減少換刀時間、換刀人員、提高機器利用率和生產力。現在硬質合金刀片可以很好加工渦輪葉片,如果加工量很大時,就應采用硬度更高、費用更昂貴的CBN刀片。

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刀片經過強化、導角,在加工硬度超過50RC的材料時,可以防止刀片崩刃。盡管CBN刀片剛性和韌性都很好,但仍需要修正切削機床的參數以保證加工精度的要求,切削速度偏差超過10%就會對加工效果產生很大的影響。

如果你需要加工高硬度材料,請考慮與你的刀具供應商聯系,他們可以根據其他用戶解決類似問題的經驗為你提供解決方案。如果需要作試驗,反復試驗通常從硬質合金刀片開始,再逐步試用理度較高且較貴的刀片。現代刀片幾何學、高剛性刀柄以及精確的加工程序使價格較低的硬質合金恨片能夠勝任艱巨的切削工作。如果不使用硬質合金刀片,則需要根據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。


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,
在加工這些材料時,涂層硬質合金刀片易受磨損

硬化鋼

合金鋼在各領域應用很廣,其硬度正在逐步提高。以前工具鋼的硬度一般是45RC,現在,經淬火處理的鋼材硬度達到63RC的情況在模具制造業中已很普遍。模具廠家以前都是在熱處理以前進行切削,現在為避免熱處理引起的變形,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,產生的熱量和壓力會導致塑性變形而加速刀片磨損。

盡管如此,仍可以經濟地用硬質合金刀片加工高硬度鋼。比如在航天工業的加工中,一家專業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,轉而使用Sandvik GC1025硬質合金刀片。大部分金屬材料都是在熱處理以前,硬度為30-32RC時進行加工的,然而,為了修正變形,必須對大工件上精密度要求高的孔進行復鏜,這時材料硬度高達54-55RC。

因為工件較厚,給加工增加了難度,需要對其重復鏜三次才能達到公差要求和表面精度要求。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。這給我們一個警示:破損的刀刃有可能毀壞整個工件。相反,擁有堅硬的PVD涂層和鋒利刀刃的先進的精細的硬質合金刀片,可以持續進行6-9次切削。為了使用硬質合金刀片,供應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。用硬質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,而陶瓷合金刀具加工時間為一個小時。更重要的是,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
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