高效切削加工(HPC)是取得成功的工艺保证
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为了通过提高效率来达到新的生产水平,除了拥有新型加工机床和训练有素的专业人以外,还必须采用由刀具制造商创新开发的精密切削刀具。
为了通过提高效率来达到新的生产水平,除了拥有新型加工机床和训练有素的专业人员以外,还必须采用由刀具制造商创新开发的精密切削刀具。
近年来,高效切削加工(High Performance Cutting,HPC)一直被视为实现高生产效率的重要途径。通过集中工序、优化刀具以及缩短加工和辅助时间,在切削刀具使用寿命相同或更长的情况下,可以成倍提高切削加工效率。
然而,在此期间,对特殊加工的需求也在成倍增长,为了使这些场合的加工实现高效率,切削加工技术就必须满足这种需求。高效加工要求使用高可靠性的机床、训练有素的机床操作工人和性能一致的工件材料。因此,对于德国的制造业来说,HPC是一种卓有成效的加工技术。

适用于加工奥氏体钢的高效切削刀具

对刀具制造商而言,HPC不仅仅意味着一种好的加工工艺,还必须对高效刀具制造的每个加工环节都予以重视。为了达到新的加工效率水平,刀具的基体材料、几何结构、涂层和表面光洁度都应达到最佳状态。以下这些刀具设计实例表明,在正确的方向上进行的很小改进,都会产生明显的效果。
在许多企业中,对耐酸蚀的奥氏体不锈钢的钻削加工一直被视为一大难题,使制造商倍受困扰。由于此类钢种在整个制造业中的应用越来越广泛,因此对加工刀具进行技术革新的要求也日益紧迫。传统的改进方法(如改变加工刀具的排屑槽、钻尖的几何参数或对切削刃进行倒棱处理)均收效甚微,因为切屑虽然被折断,但仍然附着在刀槽中不易排出,这是加工奥氏体不锈钢材料的典型特征,即使在冷却液高压喷射的加工条件下依然如此,因此很难保证切削状态的稳定性。
为了解决这一难题,肯纳金属(Kennametal)公司采用了分屑的方法,设计了一种全新结构的HPL(M)钻头,其原理是将切屑分解为中心屑和外侧屑,刀具的内切削刃产生一种短而小的中心屑,而外切削刃则形成一些长而薄的外侧屑,这两种形状的切屑在排屑槽中相互紧密地缠绕在一起,能够毫无困难地以很小的摩擦从槽中排出。由于排屑速度显著提高,从而可以采用较大的切削用量。同时,切削过程的可靠性和安全性也大大提高,在钻削加工中大家熟悉的那种难听的噪声显著减小,而且再也不会产生导致刀具折断的切屑阻塞现象。

图1 具有新型几何形状、不会堵屑的整体硬质合金钻头;KSEM-HPL(M)刀体的几何结构设计适用于奥氏体不锈钢的加工,如法兰盘(1.4401)的孔加工(孔径18mm,孔深23mm,Vc=85m/min;f=0.2mm/r)。加工结果:与普通钻头相比,钻孔长度为230%,金属切除率增加102%

图2 用于加工不锈钢和高温合金的整体硬质合金Y-Tech钻头

加工时间缩短50%~80%

通过创新HP钻头的钻尖部分几何结构,形成了一个更尖的钻尖,可以省略以往加工中的预定心工序,从而显著缩短加工流程。KC7320是一种专门用于加工奥氏体不锈钢的新型刀具材料,该材料在基体与涂层界面上表现出优异的结合强度。铝含量高的硬质涂层可以减少进入基体的热量,从而可以采用较大的切削用量。涂层的耐氧化性能是提高刀具耐用度的先决条件,而细颗粒硬质合金基体同时也改善了涂层的表面形貌,提高了刃口的稳定性。该钻头的使用效果十分显著,在很多加工场合,钻孔加工时间已比原来缩短了大约50%~80%,同时刀具寿命提高了2~10倍。在叠板上进行孔深达到7倍孔径的钻孔已十分常见。肯纳金属Furth公司已推出了直径范围8-40mm、具有新型几何结构的HPL组合式钻头(见图1)。

新型几何结构设计

当加工较大直径的孔时,上述的分屑结构十分有效,但该结构很少应用于孔径较小的场合。由于使用条件不同,便出现了一种新型几何结构设计方案,即Y-Tech钻头。该钻头突出的特点是采用了非均匀分布的容屑槽和导向棱带(见图2)。这种设计的构思是基于:在加工耐腐蚀的不锈钢时,会形成很大的切削力,因切削刃不对称而形成的径向作用力会引起钻头弯曲。Y-Tech钻头的径向作用力通过较宽的钻头导向棱带作用于孔壁上。带有导向棱带的刀刃位置十分精确,使切削力的分布近乎完美,从而保证了钻头始终沿与轴线平行的方向进给。略为凹陷的主切削刃以及专门为加工粘性金属而设计的特殊容屑槽,将产生的卷得很紧的螺旋卷屑快速排出。
Y-Tech钻头的切削过程十分平稳,可以减缓通常决定钻头寿命的转角处切削刃磨损。针对特殊加工而开发的转角几何形状进一步保护了极易受损的转角处切削刃,通过这些技术手段,除了使孔加工的质量显著提高外,还延长了钻头寿命。图3为用Y-Tech钻头加工奥氏体-铁素体双相不锈钢时的切削效率比较。

图3 Y-Tech钻头的切削效果

HPC工具系统

HPC不仅着眼于减少<
本文作者:晁刚(编译)
原载:《工具展望》2009年第1期
上载于:2010-7-10 10:13:18

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