实现难加工材料车削的高效加工

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欢迎访问e展厅 展厅 1 车刀/镗刀展厅 车刀, 槽刀, 切断刀, 倒角刀, 镗刀, ... 随着机床设备的提升和高压冷却（HPC）系统的运用，车削不锈钢、超级合金，以及其他难加工材料，变得更容易。在许多应用中，在泛流冷却、低压冷却下，采用先进刀具，生产率可提升20%或更多，每切削刃寿命可提升一倍。如果在此基础上，仅仅提升冷却压力至70-300bar，加工潜能可再获大幅提升。事实上，采用合适的高压冷却（HPC）刀具，将在切削刃寿命及/或生产率方面收获数量级规模的增长。 切削热控制，控制切屑 镍基合金，钴基合金等属于高粘性，长切屑的材料；然而通过刀片设计结构的改变，可以更好地控制加工中的切削热和切屑形状。即便没有高压冷却（HPC），加工此类材料的刀片，也需遵循：锋利切削刃，光滑表面，耐热涂层，高强度卷屑槽。这种组合实现了快速断屑，推动切屑远离刀片及切削区域；避免因切屑粘结到切削刃上，使得刀片过热，或因切屑附着造成的再次切削，影响工件被加工表面质量。 需要注意的是，切屑硬度比母材高得多，也比母材更脆，因此也加倍提高了再次切削的破坏性。如果进行高压冷却(HPC)加工，冷却液（沸点350℃）仍呈现液相，从而保持了其润滑性，冷却能力和切屑冲刷能力。此外，高压冷却（HPC）条件下的射流流量足以在切削区域形成“液压楔”，大大减少了摩擦，减少了因摩擦带来的众多后果。 采用伊斯卡新的刀具可以减少车削难加工材料的困难。比如伊斯卡IC 6015刀片，设计了M-型高强度卷屑槽，采用束魔技术（SUMOTEC）进行CVD涂层。在稳定的切削条件下，IC6015刀片在对M10-20材料进行精加工/连续切削的加工表现中，刀片的抗剥落性，抗崩刃性得到改善。全系刀片采用了带后涂层处理的束魔涂层技术，该技术由伊斯卡首创，在实践中被证明相比原来的涂层及应用，刀具性能提高30%。紧接着，伊斯卡将推出的IC6025牌号，具有与IC6015类似的特性，适合于对M15-25材料进行粗加工或断续加工。 螺旋刃立装刀片（HELITURN）及螺旋刃平装刀片（ HELITURN LD），大正前角，螺旋切削刃，大进给，双面，适合于车削不锈钢，镍基合金，钛合金。螺旋刃平装刀片，带锋利切削刃，HM或M4MW高强度卷屑槽，这使得其在加工粘性材料时，与其他刀片具有较大优势。螺旋切削刃使得进刀退刀轻快，帮助减少刀片在此环节中的破损。大正前角被证明可降低切削功率 10%，这还不涉及对生产率和切削刃寿命的优化。 不同于大多数陶瓷刀片，伊斯卡IW7晶须陶瓷新牌号，可用于超级合金的粗加工，半精加工。超硬的氧化铝基体，保障了其在加工淬硬材料时表现出高的耐磨性；结合 SiC晶须，更增强了陶瓷刀片的抗冲击韧性。此刀片还可承受因高速加工导致切削区域产生高的切削热，该切削热甚至可软化被加工材料。来自加工Inconel 718、镍基耐热合金等高温合金材质涡轮盘的报告显示，相比于其他陶瓷刀片，采用此加强陶瓷刀片使得加工效果得到了实质性的改良（图1）。 高压冷却 虽然我们都听说过采用高压冷却（HPC）技术给切削加工带来的好处，恐怕依旧会回避它，回避新增设备成本以及因“未曾验证”带来的技术不确定性。那么，让我们逐条分析： 首先，未曾验证？事实上，该技术已在航空工业，能源工业以及涡轮加工工业取得良好的验证。一方面，实践者的报告反映，在并未损失切削刃寿命的前提下，生产率提升2倍到3倍；另一方面，以关注切削刃寿命为主的报告反映，在相同金属去除率条件下，切削刃寿命为原来的7倍。而这些实验报告均来自加工钛合金及铬镍铁合金涡轮部件的内孔、外圆，钛合金机身部件，以及各种不锈钢部件。 其次，新增设备成本？对于最初的几年，是实情，但不是现在。在五十年代，对工厂而言，主轴转速不高，冷却泵功率不足，这些客观条件限制了高压冷却的发展。但如今，高转速主轴及高压冷却泵，已成为众多的机床制造商可提供的常规可选配置。除了加工不锈钢和超级合金的领域，高速加工正在众多加工运用中，迅速普及起来。 “高压冷却-就绪”刀具 当今，“高压冷却-就绪”专属刀具已经越来越被广泛接受。在刀具供应商为客户订制特殊几何形状和物理特性的非标产品，为难加工材料进行高压冷却生产时；标准的专属高压冷却刀具，例如伊斯卡的JETHP系列，也已经实现了同样的功能——冷却液流经贯穿刀具的冷却通道，从喷嘴密集喷射出似激光束的射流，直达切削区域及第二剪切区。这是非常严苛的。在此，冷却液实现冷却、润滑，形成“液压楔”，最终体现于对切屑的可控性上，破碎切屑至均匀的短小屑、C-型屑。而冷却液由冷却泵抵达切削区域的过程中，对刀具及刀片，也起到了冷却作用。真正的高压冷却刀具的冷却液压力范围：70-300 bar。 要获得最佳切削性能必须采用高压冷却刀具；而带冷却通道的标准刀具，不足以胜任此任务。差异主要体现在以下两点 ：（1）冷却射流从喷嘴喷出后，是如何精准地定位射流喷射点的 ；（2）喷嘴直径，该尺寸决定了对喷射点产生正确的冷却液压力。打个比方，高压冷却与常规冷却的区别，就如同采用电动喷枪与使用花园水管喷水的差距（图2）。 由经验获得的好处 有经验的高压冷却刀具供应商，对该领域有足够深入的研究，并能为新进入者，提出相关建议。这些建议如下： ◆采用硬质合金刀具。陶瓷刀片和CBN刀片在高压冷却加工中，性能提升并不十分显著。 ◆冷却液需流经刀具。不要用传统冷却形式，试图实现高压冷却射流。这只会带来麻烦，并可能伤及操作人员；出离了高压冷却加工的初衷，未获得高压冷却所带来的益处。 ◆如果需要更大的冷却液压力（当冷却液汽化，蒸发，导致冲刷切屑的冷却流量不足），请加大冷却液流量，而不是增大冷却液压力。这是经济有效的措施。 ◆如何估量冷却流量需求？经验数据是0.5gpm/马力。也就是说，在高压冷却加工中，切削功率为10马力，所需冷却液流量为5加仑/分钟。

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