加工高硬度材料的刀片.doc

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1、加工高硬度材料的刀片高硬度钢、硬粉末金属、超耐热合金以及双金属材料在工业中的应用越来越广。用这些材料制作的产品几乎坚不可摧，同时也给人们带来了新的难题：怎样才能以最经济的方式将这些材料加工成最后的产品。令人欣慰的是刀具供应厂家在开发铣削和车削加工高硬度材料的刀片方面有了新的进展。目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、聚晶氮化硼（CBN）、以及聚晶金刚石（PCD）材料的刀片都得到了应用。这些先进材料制成的特殊形状的刀片，表层附着的特殊涂层在加工时可以承受机械冲击和磨损时产生的热量。但是，使用这些刀片时还需要其他外部条

2、件，其中之一就是需要经验丰富的刀具供应商的密切配合。刀片的费用相对较低，硬质合金刀片的成本约占总加工费用的3%，CBN刀片占到5-6%，所以使用便宜的刀片是一种错误的节约方式。采用先进材料的刀片可以在短期内收回投资，且废品率很低。图1：CBN刀片经过强化、导角，在加工硬度超过50RC的材料时，可以防止刀刃崩刃。另一方面，在一副大铣刀上装上刀片未必就是一个代价昂贵的错误。CBN刀片的费用是硬质合金刀片的8-10倍。在使用这些先进材料的刀片时，如果切削速度和进给量不正确，将影响产品质量和刀具寿命。因为实现库存储

3、备困难，选择合适的刀片需要正确评价加工效益及整个工艺过程。物有所值从整个加工过程来看，如果考虑调校和更换刀片的时间的话，即使使用费用较低的硬质合金刀具来满足公差和表面精度要求，那么这笔费用也是昂贵的。只有对生产能力、加工周期以及刀片性能综合协调，才能最终形成真正的加工能力。有一个很好的例子，在一次专门的小批量加工中，使用涂层硬质合金刀片，成功的对一个烧结碳化钡燃气涡轮叶片进行铣削加工。在切削速度为120sfm时，只用5-10分钟就完成了切削。在高硬度材料的大批量加工中，15-30分钟的刀片寿命是可以接受的。

4、但对于小批量工件，较短的刀具寿命和经常性的更换刀具并不是主要缺陷。然而，在满负荷生产中延长刀片寿命变得很重要，这样可以减少换刀时间、换刀人员、提高机器利用率和生产力。现在硬质合金刀片可以很好加工涡轮叶片，如果加工量很大时，就应采用硬度更高、费用更昂贵的CBN刀片。使用先进材料刀片进行加工必须选取正确的进刀深度和切削速度。CBN刀片经过强化、导角，在加工硬度超过50RC的材料时，可以防止刀片崩刃。尽管CBN刀片刚性和韧性都很好，但仍需要修正切削机床的参数以保证加工精度的要求，切削速度偏差超过10%就会对加工效

5、果产生很大的影响。如果你需要加工高硬度材料，请考虑与你的刀具供应商联系，他们可以根据其他用户解决类似问题的经验为你提供解决方案。如果需要作试验，反复试验通常从硬质合金刀片开始，再逐步试用理度较高且较贵的刀片。现代刀片几何学、高刚性刀柄以及精确的加工程序使价格较低的硬质合金恨片能够胜任艰巨的切削工作。如果不使用硬质合金刀片，则需要根据具体情况选择其它刀片，但种类繁多的材料还是会给加工造成很大困难。硬化钢合金钢在各领域应用很广，其硬度正在逐步提高。以前工具钢的硬度一般是45RC，现在，经淬火处理的钢材硬度达到6

6、3RC的情况在模具制造业中已很普遍。模具厂家以前都是在热处理以前进行切削，现在为避免热处理引起的变形，必须在热处理硬化后对高硬度工具钢进行精加工。在对高硬度合金进行铣削加工时，产生的热量和压力会导致塑性变形而加速刀片磨损。图2：一些硬度达到60RC的材料中的碳化物颗粒的硬度达到90RC，在加工这些材料时，涂层硬质合金刀片易受磨损。尽管如此，仍可以经济地用硬质合金刀片加工高硬度钢。比如在航天工业的加工中，一家专业航天器材制造商在一块大的300M-4340改良型锻造硬化钢上重镗孔时，转而使用SandvikGC1

7、025硬质合金刀片。大部分金属材料都是在热处理以前，硬度为30-32RC时进行加工的，然而，为了修正变形，必须对大工件上精密度要求高的孔进行复镗，这时材料硬度高达54-55RC。因为工件较厚，给加工增加了难度，需要对其重复镗三次才能达到公差要求和表面精度要求。在第一次镗孔还没完成时，就因为金属陶瓷刀具破损而中断了。这给我们一个警示：破损的刀刃有可能毁坏整个工件。相反，拥有坚硬的PVD涂层和锋利刀刃的先进的精细的硬质合金刀片，可以持续进行6-9次切削。为了使用硬质合金刀片，供应商推荐将切削速度从300sfm降

8、低为175sfm,但仍保持相同的切削深度。用硬质合金刀片以低切削速度进行三次镗孔加工耗时80分钟左右，而陶瓷合金刀具加工时间为一个小时。更重要的是，其附加的安全刀刃将因刃口破损而损伤贵重工件的可能性降到最小。为找到用硬质合金刀片铣削高硬度钢材的合适的加工参数，切削速度一般从100sfm开始试验。试验性切削的速度可以由150sfm逐渐增加到180sfm。通常进给速度为0.003-0.004英寸每齿。对于刀片的几何外