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铰削加工赢得新的应用领域 |
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作者：Rolf Müller 来源：德国Werkstatt + Betrieb 杂志 |
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众所周知，不锈钢是以VA、Inox、Nirosta、Chromargan这样的技术术语出现的。在德国工业标准DINEN10088中，这些不锈钢已是标准化了的。不锈钢根据其适合某种应用情况的成分约可分为120种。
所有这些材料是以其较好的化学稳定性而出名。因此，不锈钢一方面由于它合乎卫生标准的品质而应用于食品和制药工业，另一方面，由于它的抗腐蚀性能，还在化工和交通工具中得到应用。
Beck公司的HNC-VA铰刀能更好地加工难切削材料
奥氏体不锈钢品种难于切削
根据合金元素的成分可分为铁素体、马氏体和奥氏体不锈钢，其中最后一组包含最常用的钢种。典型的代表是这一范围中的标准钢材1.4301(X5CrNi18-10)和典型的V4A钢1.4571(X6CrNiMoTi17-12-2)。
这一组奥氏体不锈钢被看作是最难切削的。这种钢比较坚韧，导热性较差，较高的强度而导致冷作硬化。由于添加了钛合金元素（例如材料编号为1.4571的不锈钢）在同碳结合时会产生特别加速刀具磨损的钛化碳。
由于材料的这种性能，在切削时，对刀具在刀具材料、几何角度和表面质量等方面提出多方面的要求。同时，刀具的基体应具有较高的强度和较好的韧性，刀具的切削刃应能进行软切削。另外，刀刃的切削楔应该大一些，以便能足够承受切削力。此外，还应能从切削刀刃上顺畅地排除切屑，以便能使过程可靠地加工材料。
因此，通常采用正的大前角涂层硬质合金刀具，在铣削时可以获得很好的加工成果。断续切削可产生很短的切屑，切削刀刃也只是承受较小的负载，而通过涂层又可以显著地进行隔热和防止磨损。
特别困难的是孔的精加工
对于孔加工，加工的形成涉及到许多因素。在这里，当刀具具有韧性的刀体、较大的排屑空间、右螺旋的排屑槽和涂层的情况下，在加工大多数有限深度的孔时，可以采用标定的切削用量，能获得可接受的成果。
在孔的精加工时，则是另一回事。对于精加工，孔应达到较高的表面质量，在μm范围的直径精度以及较严格范围内的圆度和圆柱度，并且还要确保可以接受的刀具耐用度，以便可估算出每个孔的加工费用。
特别是对于多刃铰刀（这种铰刀的特色是在选择较合适的切削用量时操作相当简单），当用于这种较难切削材料的加工时，常常会受到限制。通常，加工的结果是表面质量较差（图1），孔径尺寸位于公差范围的下限，在刀具寿命期内加工的零件数量较少，并且排屑也有问题。
图1 较好的表面质量对于孔的精加工是绝对必要的。
采用以前的刀具加工出表面质量较差的孔（左），
采用新的铰刀，加工出表面质量较好的孔（右）
因此，作为加工精密孔专家的August Beck公司（公司驻地：Winterlingen）针对这种特殊的问题将开发一种能胜任这种加工的刀具作为目标，以拓宽这种刀具的加工范围，并包括转变用户的生产工艺。在考虑材料的特殊性能情况下，刀具的设计应满足下列要求：
◆ 减小刀具和孔之间的摩擦
◆ 在刀具具有较高稳定性的同时，刀具还应具有有利于切削的刀刃角度
◆ 避免切屑堵塞，从加工孔中能顺利排出切屑
切削刀刃部分和校准部分之间的相互影响
要是人们仔细地观察多刃铰刀时，就会发现在多刃铰刀上这些要求的实施会受到很大的限制。铰刀的功能元件（即切削刀刃部分和校准部分）同时相交在每一个刀刃上，这两部分之间相互发生影响，紧随着切削刀刃的刀尖切入孔开始，此时在孔中对刀具起导向作用的圆柱形棱带与孔壁发生接触。这种接触区越大，那么刀刃刀尖的磨损就越大，并且导致刀具在孔中受到挤压。由于刀具的偏移，最终致使加工孔的尺寸小于刀具直径。如果工具材料的弹性越好，那么这种效果越强烈。而材料中的硬材料颗粒还会添加磨粒磨损，更加速了使加工孔径变小的过程。在刀具使用不长的时间之后，这种过程完全可使孔径减小1/100mm左右。
在切屑流、有利切削和稳定性方面的妥协
August Beck公司的开发人员在这方面进行了恰当的安排，并取得下例成果：
切削刀刃的几何角度还影响到切削力，刀具的楔角越小，那么刀刃越“锐利”，在加工CrNi不锈钢时越能避免以前曾发生的冷作硬化现象。对于多刃铰刀，右螺旋槽和正的切深方向前角在很大程度上影响到有利切削性，但是，右螺旋槽总是使切屑从孔中向后排屑，特别是当遇到难于断屑的情况时就会产生排屑问题（图2）。其他的危险是，切屑会卡住在刀具和孔壁之间，发生切屑堵塞或由于切屑在孔的表面上滑移而划伤已加工孔的表面。
图2 特别在很难断屑的情况下，采用多刃铰刀进行加工，排屑往往就成问题，
切屑在刀体上成了一团乱线
如果从刀具上完全取消螺旋排屑槽，那么在切屑流特性、切削有利性和切削刃的稳定性之间形成一种可以接受的妥协。而对于Beck-高效铰刀上普遍采用的刀齿不等分布置（这对于保证孔的圆度是必要的）仍是不能改变的。
然而对于新开发的用于切削CrNi不锈钢的刀具，不可缺少的一点是采用整体硬质合金结构和设有内部供冷却液的通道孔。为此，Beck公司更新了已有的HNC铰刀产品，刀柄、刀体和切削刀刃采用硬质合金块制作，刀具具有很高的回转精度。从铰刀中央冷却液通道孔通过电火花加工为每个切削刀刃分岔出一个通冷却液的小孔。
在加工 CrNi钢时，由于冷却液的出口紧挨“热” 切削区范围 ，从而可以通过从切削区运出的切屑立即把过程热排放出去。并通过较高的冷却液压力，尽可能使切屑变脆并使其折断。从而使切下的材料可以可靠地从加工孔中向前冲洗出去。
迄今为止效果超出100%
在实际应用中，证实这种刀具模式获得了令人信服的成效。在这里，可列举一个叉形零件的加工作为实例（图3）。 
图3 从叉形零件的加工可以看出新刀具的良好效果
在Chiro DZ 18W Magnum加工中心上，铰削这个构件上的转臂孔Φ15E7，加工深度2 ×9mm。构件材质是1.4301（这种材料编号的钢为X5CrNi18-10），含有（17-19）%的铬和（8.5-10.5）%的镍。
刀具装插在一个平衡过渡夹头中，通过这种夹头可使与系统有关的圆跳动偏差减小到5μm。经过校正的液压膨胀夹头在机床上可以确保以恒定的精度更换整体硬质合金铰刀。
在采用切削用量Vc=40m/min和f=0.6mm/r的情况下,采用这种铰刀在刀具寿命期内加工孔的数量可达到10000个。用切削行程表示的刀具耐用度达到180m，由此可见，这超出了迄今采用外购刀具加工成效的100/%。
在这里，判断刀具耐用度的标准是加工孔的直径。其他的要求是可靠排屑，因为，目前所采用的刀具，切屑往往会卷绕在刀柄上，常常导致加工过程的中断。
另一个加工实例是铰削不通孔φ7.08 +0.1，工件材质是1.4404（X2CrNiMo17-12-3）。在车床上加工时采用（12~15）%的乳化润滑液，切削深度70mm，刀具耐用度是以加工表面的粗糙度＜Rz2来衡量。
新开发的具有适合加工VA材质刀具角度的铰刀，切削用量采用Vc=13m/min 和 f=0.2mm/r，这次采用的是未涂层的刀具，约加工了500零件，用切削行程表示的刀具耐用度达35m。
开拓新的应用领域
这种刀具结构系列，具有加工难切削材料的能力，非常典型的钛合金材料，还有弹性模数较小的材料，加工这些材料易发生打滑或卡住。所谓的HNC—VA铰刀，能明显改善这种加工。这类铰刀往往可以解决所出现的大部分加工问题。
通过工艺试验和改变所熟悉的工艺，往往还可以开拓新的应用领域。但是，取得这种成效的前提条件是高效和高精度工作的机床。在这方面，对于较小规模的生产企业也应认识到这种根本性的变化。
Beck公司开发的HNC铰刀产品，内供冷却液的整体硬质合金铰刀构成了一个范围较广的应用基础。并由于备有库存而能迅速供货，供用户使用。基于此基础上的（如HNC—VA铰刀）这种专门的铰刀系列开拓了采用铰削加工的边缘领域，而加工不锈钢就是这种边缘领域的一个实例。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(3/8/2007) |
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