要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的金屬切除作業(yè)，必須全盤考慮整個(gè)加工過(guò)程。在許多情況下，與采用廉價(jià)刀具相比，采用高質(zhì)量銑刀，可選用更高的進(jìn)給量和切削速度，并可獲得更長(zhǎng)的刀具壽命。由于加工時(shí)間減少，大大提高了生產(chǎn)率和成本效益。
我們可以采用多種不同的方法，來(lái)降低制造成本。由于直接減少刀具成本的方法，實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)便而迅速，所以經(jīng)常有人做這方面的嘗試。據(jù)專業(yè)刊物報(bào)導(dǎo)，刀具成本僅占總制造成本4％左右，這是*的事實(shí)。因此可以推斷，采用高質(zhì)量刀具可節(jié)省更多的費(fèi)用。因?yàn)楦哔|(zhì)量的刀具允許采用zui大的進(jìn)給量，從而可獲得zui短的加工時(shí)間。實(shí)際上，降低成本要從金屬切除作業(yè)的整體來(lái)考慮。如果用戶希望經(jīng)濟(jì)地使用現(xiàn)今的刀具，就必須研究某些要素。首先是約束參數(shù)和刀具使用條件，還包括加工材料。這對(duì)于刀具的選擇和切削參數(shù)的確定極為重要?？梢钥吹?，在濕切削、干切削和硬材料切削中，加工可靠性是一個(gè)重要的因素。具有異常鋒利刀刃和合適幾何形狀的刀具，可減小切削力和摩擦生熱。 濕切削在冷卻潤(rùn)滑液條件下用端銑刀進(jìn)行銑拐角切削和約束參數(shù)對(duì)不同涂層高速鋼刀具的耐用度有重大影響，見(jiàn)右圖。該圖描述了銑削奧氏體不銹鋼(材料牌號(hào)：1.4301)時(shí)，無(wú)涂層和tin、ticn、tialcn、tialn涂層端銑刀的耐用度。刀齒進(jìn)給量fz是變量。隨著進(jìn)給量的增大，涂層刀具的耐用度明顯變大。這是由于不銹鋼切削時(shí)的加工硬化所致。在刀齒進(jìn)給量小時(shí)，切屑在上次切削的加工硬化區(qū)內(nèi)形成，使應(yīng)力作用在刀具及其涂層上。這說(shuō)明ticn、tialn和tialcn涂層具有有利的性能。隨著進(jìn)給量的增大，相對(duì)于金屬去除率的比切削力減小。在較低的應(yīng)力載荷下，tin、ticn、tialcn和tialn涂層不再顯示任何不同(表1，a)。從這些關(guān)系所表露的事實(shí)，可通過(guò)減少涂層的重復(fù)性而節(jié)省刀具費(fèi)用。為此，瑞士alesa公司將標(biāo)準(zhǔn)刀具的涂層限定在tin、tialn和tialn-x幾種。其他涂層刀具也可按要求供應(yīng)。
表1 濕切削的切削用量 刀具 切削用量
材料 工序 銑刀類型 刀直徑
mm 齒數(shù) 刀片 刀片材料 每齒進(jìn)
給量fz
mm/z 切削速度
vc
m/min 切深
ap
mm 切寬
ab
mm
a din 1.4301
(x5grni1810) 銑角 端銑刀 10 4 60 13 2
b din 1.4301
(x5grni1810) 銑槽 alesa螺旋式90°
ao 20r 63 5 0.12 19.8 16 63
c ggv-40 粗銑 面銑刀
90°sd
12r 160 10 sdft
1204-
aefn 硬質(zhì)合金
mg-20
tiain
(單層) 0.15 130 2.0 130
d ggv-40 精銑 面銑刀
45°sd
12r td width=54>160 10 sdft
1204-
aefn 硬質(zhì)合金
mg-20
tiain
(單層) 0.05 130 1.0 130
在奧氏體不銹鋼上銑槽
機(jī)床之外，實(shí)踐中某些參數(shù)已基本上不必再選。在*個(gè)例子中，這些與切削寬度ae、深度ap和材料有關(guān)。盡管如此，該例還是說(shuō)明了依據(jù)使用高速鋼刀頭的切削規(guī)范，可實(shí)現(xiàn)的切削性能。附加的措施確保了可靠的加工。該例還表明，涂層是非常合適的。為獲得*結(jié)果，奧氏體不銹鋼(材料牌號(hào)為1.4301)是在一臺(tái)穩(wěn)固的立式銑床上進(jìn)行切削的。該銑床主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為22kw，銑削時(shí)以較小壓力從外部供給冷卻潤(rùn)滑液。 首先，必須保證可靠排屑。排屑是借助一套壓縮空氣噴射裝置直接完成的。允許的zui大切削速度vc和刀具進(jìn)給量，受限于由機(jī)床、工件、工件夾緊機(jī)構(gòu)和刀具組成的系統(tǒng)的剛度。甚至，稍稍增大切削速度就會(huì)觸發(fā)顯著的振動(dòng)。結(jié)果，使刀刃在瞬間遭到破裂。采用槽銑刀時(shí)(左圖)，刀具持續(xù)時(shí)間可達(dá)40～60min(下圖)。由圖可知，從磨損的觀點(diǎn)看，tialn涂層刀具的效果*。至于工件的表面質(zhì)量，不同涂層間無(wú)任何差別。該試驗(yàn)結(jié)果，在后來(lái)的實(shí)際加工中得到證實(shí)(表1，b)。
ggv-40鑄鐵制發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工雖然現(xiàn)有的ggv鑄鐵已經(jīng)問(wèn)世多時(shí)。但因其始終如一的可再現(xiàn)特性，直到zui近才能加工。與灰鑄鐵(ggl)相比，它具有較高的強(qiáng)度和彈性模量；與球墨鑄鐵(ggg)相比，它更耐溫度波動(dòng)和具有更好的澆鑄性能和阻尼性能。這些有利的性能的結(jié)合，使ggv鑄鐵特別適合用作制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的材料。但加工時(shí)由于刀具磨損嚴(yán)重，至今，切削加工仍是一個(gè)難題。在慣用的切削速度下，刀具耐用度比切削普通鑄鐵下降30％～50％。由于加工條件和切削參數(shù)由自動(dòng)線給出，因而，提出了是否采用特殊刀具幾何形狀、細(xì)晶粒硬合金和特殊耐磨涂層組合的問(wèn)題，以使耐用度得以提高。 試切是用45°sd12r面銑刀(表1，c、d)，在maho 800h型加工中心上進(jìn)行的。 表面粗糙度和表面質(zhì)量符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行了八次粗銑和兩道精銑后，刀具的磨損仍不明顯。與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)夾刀片相比，這種銳刃涂層刀片切削得相當(dāng)好，且整個(gè)切削過(guò)程幾乎寂靜無(wú)聲。大流量冷卻液用于沖走切屑和穩(wěn)定系統(tǒng)的溫度。這說(shuō)明硬質(zhì)合金在目前是合用的，它特別適用于冷卻輔助切削。 干切削干式切削免去了冷卻、潤(rùn)滑和由冷卻液沖走切屑的主要功能。因而，這種切削方式不能用來(lái)吸收切削時(shí)產(chǎn)生的那部分熱量。盡管如此，所提供的合適的切削材料、涂層、刀具幾何形狀和工藝參數(shù)均經(jīng)過(guò)預(yù)選確定，干切削是可行的。出于健康方面的原因以及燃燒和爆炸的危險(xiǎn)，無(wú)論如何，應(yīng)注意抽走因干切削所產(chǎn)生的微細(xì)屑末。 如今，已有適用于做刀具材料的硬質(zhì)合金。采用機(jī)夾刀片的刀具幾何形狀在刀具的選擇中起著重要的作用。刀具涂層也極為重要。它必須能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：其一，它在刀具與工件之間起一個(gè)熱壁壘的作用，從而減小作用于刀具基體上的熱應(yīng)力；同時(shí)，它起一種固體潤(rùn)滑劑的作用，以減小摩擦和切屑的附著。理想的涂層應(yīng)能阻礙這類磨損，不致?lián)p壞刀具，且延續(xù)的時(shí)間要盡可能地長(zhǎng)。目前，tialn涂層便是其中一種能滿足這些要求的高性能涂層。
銑削導(dǎo)柱由于所需切削力和發(fā)熱量有限，采用干切削加工導(dǎo)柱并不困難。不管長(zhǎng)度如何，被加工工件都會(huì)產(chǎn)生少量變形。但由于所用的切削力異常地小，所造成的變形也很小。結(jié)果，加工時(shí)間明顯縮短。干切削時(shí)，必須切記，不管采用何種刀具涂層，加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，總有一部分會(huì)傳到刀具上，并再經(jīng)刀具傳到刀具主軸，尤其是在工件特別長(zhǎng)或延長(zhǎng)加工時(shí)間的情況下。 導(dǎo)柱(用st52-3制成)上的槽，是采用45°sd12r面銑刀銑削的。銑刀上裝有sdft 1204 aefn機(jī)夾刀片(參見(jiàn)表2，a)。鑒于這些刀片刀刃的耐用度超過(guò)40min，因而，不用換刀，便可加工10個(gè)以上的工件。在此情況下，zui大金屬切除率達(dá)到315cm3/min。平面銑削是使用90°ap 16r面銑刀進(jìn)行的，銑刀上裝有apft 1604pdr刀片(參見(jiàn)表2，b)。 銑削多位夾具該工件由工具鋼(材料牌號(hào)：1.2312)制成，平面加工由銑削完成，槽部挖空且將角銑至90°?；谶@些情況，考慮采用干切削。這不僅可保證順利地排屑，而且能不太困難地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的加工。壓縮空氣用于輔助排屑，尤其是在銑削槽部和角部時(shí)。采用這種方法可防止切屑回落到切削區(qū)。每個(gè)刀刃的耐用度為45～60min(參見(jiàn)表2，c～e)。 表2 干切削的切削用量 刀具 切削用量
材料 工序 面銑刀 刀具
直徑
mm 齒數(shù) 刀片 刀片材料 每齒進(jìn)
給fz 切削速度
vc
m/min 進(jìn)給量
vf
mm/min 切深
ap
mm 切寬
ab
mm
a st52-3 槽銑 alesa
45°sd
12r 50 4 sdft
1204
aefn 硬合金
mg-20
tiain(單層) 0.25 260 1400 2.0 50
b st52-3 平面銑 alesa
90°sd
16r 50 4 apft
1604
pdr 硬合金
mg-20
tiain(單層) 0.1 260 640 3.5 17
c 工具鋼
1.2312 平面銑 alesa
45°sd
12r 100 7 sdft
1204
aefn 硬合金
mg-20
tiain(單層) 0.084 150 280 5 75
d 工具鋼
1.2312 擴(kuò)孔 alesa
45°sd
12r 50 4 sdft
1204
aefn 硬合金
mg-20
tiain(單層) 0.084 150 320 5×3 50
e 工具鋼1.2312 開(kāi)槽銑 alesa
90°ap
16r 50 4 sdft
1604
pdr 硬合金
mg-20
tiain(單層) 0.06 140 214 15 1
銑削淬硬金屬與干切削一樣，使用幾何形狀確定的刀具加工淬硬零件，在金屬去除加工領(lǐng)域是一種突破性的工藝技術(shù)。它特別適用于大量生產(chǎn)。目前，硬化零件的加工程序通常的安排是，加工成形后便進(jìn)行熱處理，以磨削作為zui后工序。淬硬金屬切削的優(yōu)點(diǎn)在于，淘汰了金屬工件在未淬硬狀態(tài)下的成形加工。這是由“接近純粹形狀”的。淬硬零件的zui后成形，是用一種刀具直接完成的。因此，可明顯地縮短工件的傳送和切削時(shí)間。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可加工出具有很高表面質(zhì)量的工件。
這種技術(shù)的出現(xiàn)是基于：新的制造概念和機(jī)床設(shè)計(jì)；高溫硬質(zhì)切削材料的出現(xiàn)和涂層技術(shù)的發(fā)展，另外還包括低導(dǎo)熱性和高耐熱、耐化學(xué)性技術(shù)的發(fā)展。
只有在能量轉(zhuǎn)換點(diǎn)產(chǎn)生的高溫，使材料軟化，硬金屬的加工才是可行的。適用作切削材料的有cbn(立方氮化硼)、陶瓷和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。成功地進(jìn)行加工的先決條件，是正確地選擇切削速度、進(jìn)給量和切削深度等加工參數(shù)。由于作用于刀具上的應(yīng)力載荷相當(dāng)高，因而這些參數(shù)要小于切削未淬硬金屬的參數(shù)，特別是切削深度。這樣能達(dá)到的金屬去除率也相對(duì)較低。確保淬硬工件邊緣的金屬組織不會(huì)在切削過(guò)程中遭到破壞也是很重要的。這在刀具鋒利時(shí)進(jìn)行切削加工是能實(shí)現(xiàn)的，但隨著刀刃的磨損，邊緣區(qū)域可能會(huì)受影響。 銑削導(dǎo)軌
銑削導(dǎo)軌時(shí)，工件(參見(jiàn)左圖)局部表面淬硬至60～62hrc。對(duì)于曲面以及從淬硬材料與未淬硬材料的過(guò)渡區(qū)，采用間斷加工法。加工該工件型面的外輪廓相當(dāng)困難。加工是在驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為10kw的加工中心上進(jìn)行的。
銑削時(shí)所用銑刀為90°ap16r面銑刀，其直徑為80mm，6齒，用裝有帶tialn涂層的硬質(zhì)合金apft 1604 pdr刀片，刀片前角為18°。所用切削速度200m/min，進(jìn)給量100mm/min，切削寬度48mm，分三個(gè)工步，每工步切深2.5mm，每齒進(jìn)給量為0.02mm。刀具可穩(wěn)定地加工50多個(gè)工件。具有標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀的刀具不能加工淬硬金屬。
充分合作
將來(lái)，為能經(jīng)濟(jì)地完成金屬去除工作，需要用戶與刀具、機(jī)床及涂層制造廠商密切合作。在制造環(huán)境方面，刀具制造廠商的作用將從單獨(dú)供貨商變?yōu)樵诤艽蟪潭壬瞎矒?dān)生產(chǎn)責(zé)任的協(xié)作者。他將不僅管理刀具后勤和與生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的服務(wù)，而且需要提供優(yōu)化加工參數(shù)的。用戶期待著新的技術(shù)，以保證其產(chǎn)品的質(zhì)量符合要求并能確保加工的可靠性。當(dāng)然，在每個(gè)決策階段，成本效益仍起著決定性的作用。