由于全球工业技术的不断发展,各个领域对一些重要零部件材料的机械性能和力学性能的要求也在不断地提高(如强度、硬度、耐热性、抗磨性、抗拉强度和抗压强度等),特别是航空领域。随着航空产品的不断升级,尤其是各种难加工材料的使用,迫使对金属切削刀具及技术提出了更高的要求,难加工材料在人类各个领域的应用会越来越多。由于机械零部件设计力求体积紧凑、负重减小等要求,使得当今大量零部件的结构怪异、形状复杂化、型面多样复杂化。
高科技新型难加工材料的不断推出,虽然满足了机械零部件的高刚性、高强度、高密度、和重量轻、体积小等设计要求,但是同时给后续的机械制造可加工性带来了新的难题。如果仍然采用传统材料的加工工艺、加工方法和加工刀具,无论是在加工效率、加工质量还是加工刀具成本上都会大打折扣。众说周知,金属切削加工中,切削刀具与被加工零件材料之间是相互矛盾,新的材料需要有更新的刀具和更新的方法来实现对其高效的加工。为了应对和适应机械领域难加工材料的不断增多和对其加工性能、加工效率和加工精度等方面的要求,目前全球刀具界都在不断的改进各自的刀片基体、几何角度、涂层技术和改进难加工材料的加工方法,以满足难加工材料零件的高效加工的要求,尤其是在航空航天领域显得更为紧迫。
合理的刀具选型和优化的加工方法,对于提高加工效率、延长刀具寿命非常重要,特别是在加工难加工材料航空零部件时更为重要。一种高品质的难加工材料刀具,必须具备超细晶粒刀具基体(1um的颗粒比例98%以上的乌合金粉末-如图)、锋利的切削角度、强壮的切削刃口、耐热的表面涂层等。根据以往加工难加工材料的应用经验,加工方法和参数的合理选择,对于加工这类难加工材料非常重要,使用特殊的加工技巧对于提高加工效率、延长刀具寿命是很有效的。无论采用哪种加工方法,其目的是为了最大限度的降低加工切削部位的刀尖和零件被加工区域的温度;防止被加工零件表面硬化和刀尖温度过高;增加散热区域、控制切削力。如采用摆线走刀和大进给铣削等方法均能提高其加工效率,延长刀具寿命。
首先,充分的冷却、适当的加工线速度、有效的断屑、合理的刀具包角对于控制刀尖温度非常有效。对于同时具有内冷却的CNC机床和刀具,应该尽可能的使用最利于降温的内冷却功能,以便使强有力的高压水流带走大量的切削热,确保加工区域在一定的温度范围。即使没有内冷却功能的机加工设备,也建议使用外传内冷却刀柄,同时增强冷却压力,改善其冷却效果。
另外,适当地控制刀具的切削力和切削速度,也是降低加工区域温度、延长刀具寿命最有效的方法之一。通常加工难加工材料一般均采用精磨的刀具刃口(如图的RSM精铣刀具)、较小的切削深度和切削宽度。根据不同的难加工材料、零件结构和加工设备等因素,选用合理的切削线速度非常重要。在通常加工中镍基合金应控制在20-50米/分钟;钛合金应控制在30-110米/分钟;PH不锈钢应控制在50-120米/分钟。