數(shù)控加工：機(jī)加工老司機(jī)總結(jié)延長刀具壽命的必備法則

由于機(jī)械零部件設(shè)計力求體積緊湊、負(fù)重減小等，使得當(dāng)今大量零部件的結(jié)構(gòu)異形化、形狀復(fù)雜化、型面多樣化。高科技新型難加工材料的不斷推出，雖然滿足了機(jī)械零部件的高剛性、高強(qiáng)度、高密度、重量輕和體積小等設(shè)計要求，但同時也給后續(xù)的可加工性帶來了新的難題。如果仍然采用傳統(tǒng)材料的加工工藝、加工方法和加工刀具，無論是在加工效率、加工質(zhì)量還是刀具成本上都會大打折扣。
眾所周知，在金屬切削加工中，切削刀具與被加工零件材料之間是相互矛盾的，新的材料需要有更新的刀具和更新的方法來實(shí)現(xiàn)對其高效的加工。為了應(yīng)對和適應(yīng)機(jī)械領(lǐng)域難加工材料的不斷增多和對其加工性能、加工效率和加工精度等方面的要求，目前全球刀具行業(yè)都在不斷的改進(jìn)刀片基體、幾何角度、涂層技術(shù)和加工方法，以滿足難加工材料零件的高效加工要求，尤其是在航空航天領(lǐng)域。
合理的刀具選型和優(yōu)化的加工方法，對于提高加工效率和延長刀具壽命非常重要，特別是在加工難加工材料航空零部件時更為重要。一種高品質(zhì)的難加工材料刀具，必須具備超細(xì)晶粒刀具基體、鋒利的切削角度、強(qiáng)壯的切削刃口、耐熱的表面涂層等。根據(jù)以往加工難加工材料的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，加工方法和參數(shù)的合理選擇，對于加工這類難加工材料非常重要，使用特殊的加工技巧對于提高加工效率、延長刀具壽命是很有效的。
無論采用哪種加工方法，其目的是為了最大限度的降低切削部位的刀尖和零件被加工區(qū)域的溫度，防止被加工零件表面硬化和刀尖溫度過高，增加散熱區(qū)域、控制切削力。如采用擺線走刀和大進(jìn)給銑削等方法均能提高其加工效率，延長刀具壽命。

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首先，充分的冷卻、適當(dāng)?shù)募庸ぞ€速度、有效的斷屑、合理的刀具包角對于控制刀尖溫度非常有效。對于同時具有內(nèi)冷卻的CNC機(jī)床和刀具，應(yīng)該盡量使用最利于降溫的內(nèi)冷卻功能，以便使強(qiáng)有力的高壓水流帶走大量的切削熱，確保加工區(qū)域保持在一定的溫度范圍內(nèi)。即使沒有內(nèi)冷卻功能的 設(shè)備，也建議使用外傳內(nèi)冷卻刀柄，同時增強(qiáng)冷卻壓力，改善冷卻效果。
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其次，適當(dāng)?shù)乜刂频毒叩那邢髁颓邢魉俣?，也是降低加工區(qū)域溫度、延長刀具壽命最有效的方法之一。通常加工難加工材料一般均采用精磨的刀具刃口、較小的切削深度和切削寬度。根據(jù)不同的難加工材料、零件結(jié)構(gòu)和加工設(shè)備等因素，選用合理的切削線速度非常重要。在通常加工中鎳基合金應(yīng)控制在20~50m/min，鈦合金應(yīng)控制在30~110m/min，PH不銹鋼應(yīng)控制在50~120m/min。
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第三，對于同樣的機(jī)床和零件，加工難加工材料的方法會大大影響刀具的加工效率和刀具壽命。無論是采用擺線加工、螺旋插補(bǔ)和大進(jìn)給銑削方式，其目的都是降低切削力、減小切削區(qū)溫度。擺線切入法可最大限度減小切削區(qū)，使得刀具的實(shí)際切削包角最小，延長刀具每齒的散熱時間；螺旋插補(bǔ)使得每齒切削量相對均勻，特別是在拐角處最為明顯；大進(jìn)給切削方式，以小的切深、大的進(jìn)給有效地減小了切削力，使得加工中產(chǎn)生最小的切削熱，加工區(qū)域溫度最低。
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第四，保證加工中斷屑，也是控制溫升的有效途徑。一般在金屬加工中大量的切削熱產(chǎn)生在切屑上，有效地斷屑會使加工中產(chǎn)生的大量切削熱被切屑帶走。通常情況下，在加工中我們不希望有長的切屑產(chǎn)生。對于難加工材料的加工更應(yīng)該注意，特別是對于粗加工工序，在整個加工系統(tǒng)剛性允許的情況下，應(yīng)盡量使其在整個加工過程中產(chǎn)生斷屑，盡量采用逆銑方式，使形成的鐵屑由厚變薄，并且鐵屑形狀為“9”字形、“6”字形或“C”字形。
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第五，加工中保持適當(dāng)?shù)挠行У毒甙?，使得刀具的每一個有效加工齒能夠最大限度地保證最長冷卻時間。 加工中保持適當(dāng)、合理地刀具有效包角，非常有利于提高難加工材料的切削效率、延長刀具加工壽命，對于加工難加工材料零件極為重要。刀具有效包角，反映到切削參數(shù)上與切削深度Ap和切削寬度Ae以及刀具直徑Dc有著直接的關(guān)系。特別是在加工難加工材料時，應(yīng)盡量避免滿刀切削。在實(shí)際加工中，刀具的切削包角每增大一倍，刀具壽命會減少約30%。

總之，難加工材料零部件必須具有高硬度、高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性，對于具有這些特性的新型難加工材料，其 性能差、加工難度大、加工效率低、刀具成本高。這樣一來難加工材料零部件對 刀具提出了更高地要求。