高效切削之我見

  
   采用傳統(tǒng)的加工工藝，很難再縮短加工時(shí)間。所以生產(chǎn)人員越來越多地使用高速加工工藝(HSC)。要想大幅度提高切削的速度，選用高效率的機(jī)床和刀具是關(guān)鍵。 

   采用高速切削技術(shù)(HSC即High Speed Cutting)，也稱高效切削技術(shù)(HPCHigPerformance Cutting或High Production Cutting)，可以在比傳統(tǒng)切削更短的時(shí)間里獲得更好的表面加工質(zhì)量。這樣，既可以省會或部分省去后續(xù)的精加工工序，又由于切削速度變快，可以使所需的切削力相應(yīng)變小，所以對薄壁的工件也可以進(jìn)行加工。另一個(gè)特點(diǎn)是HSC的加工頻率較高�！斑@樣可以把加工頻率設(shè)定在機(jī)床和工件共振頻率之上�！眾W地利(Steyr市的Profactor Produktionsforschung GmbH公司總經(jīng)理Johann Kastner博士如是說，“所以在加工工件時(shí)的振動極小”。切削過程中所產(chǎn)生的熱量幾乎都能隨切屑排走，因此可以使工件始終保持較低的溫度狀態(tài)，使之那些對溫度敏感的工件如塑料，也能進(jìn)行很好的加工，而避免發(fā)生變形。 

   “高的切削速度也會帶來一些問題。”Kastner博士一分為二地看待高速加工的優(yōu)點(diǎn)。通常加工速度快，磨損程度也會隨之加大，而刀具切削的標(biāo)準(zhǔn)路徑就會變短。如果工藝參數(shù)設(shè)定不佳，會導(dǎo)致工件的整體成本增加。另外，切削速度大，主軸轉(zhuǎn)速高，切削作業(yè)的安全性就差，這是因?yàn)殡x心力變大的緣故。就許多工件而言，在目前還不清楚其最佳的HSC參數(shù)情況下使用HSC工藝，將會導(dǎo)致加工費(fèi)用的增加。  

   高速加工技術(shù)的起源可以追溯到1931年。在這個(gè)時(shí)期，有一項(xiàng)專利號為523594的專利問世。該項(xiàng)專利對“高速切削加工工藝”作了描述。此后，大約過了30年，人們才對高速切削的切削過程和工作原理有了了解。但是只有近幾年開發(fā)出相應(yīng)高效的機(jī)床附件（例如高速電主軸、高材質(zhì)刀具和高質(zhì)表面鍍層以及相應(yīng)的夾具）后，高速切削才真正步入了正軌。 

   “只有找到合適的刀具材料和刀具的幾何形狀，才能實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的切削速度高出幾倍的高速切削工藝。”位于杜塞爾多夫的Sandvik公司的技術(shù)經(jīng)理Klaus Christoffel博士這樣強(qiáng)調(diào)刀具的重要性。 

   HSC對刀具材質(zhì)的要求是多方面的：刀具需要在耐磨性、熱硬度、抗負(fù)荷變換特性、抗斷裂特性、韌性和邊緣穩(wěn)定性以及抗溫度突變特性等諸多方面表現(xiàn)俱佳。細(xì)顆粒硬質(zhì)合金和超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金即可滿足這方面的要求。金屬陶瓷的傳熱性能要比超細(xì)顆粒合金的傳熱性能低三倍，所以它特別適合被用作HSC對鋼材作干式加工的刀具材質(zhì)。  

   金屬陶瓷的缺點(diǎn)是硬度小和抗彎強(qiáng)度弱。多晶金剛石(PKD)和多晶立方氮化硼(PKB)適合于對輕金屬(如AlSi合金材料)進(jìn)行加工。如果采用金屬陶瓷、細(xì)顆�；虺�細(xì)顆粒硬質(zhì)含金做刀具材料，則必須涂覆適用于HSC的鍍層。因?yàn)橹挥羞@樣，刀具材料才能充分展示其性能。 

   同時(shí)，HSC還被廣泛用于汽車工業(yè)中對大型模具（如深沖模、壓鑄模和注射模）的制造上。在模具生產(chǎn)過程中，機(jī)械加工很費(fèi)工時(shí)，所占費(fèi)用的比例也大。對用銑刀銑出來的模具進(jìn)行精加工，需花費(fèi)大量的時(shí)間。如果采用高速銑，同時(shí)配以好的銑加工策略，盡管銑的行距較小，但可以縮短加工的時(shí)間�！癏SC精加工的目的首先在于要獲得完美的表面加工質(zhì)量，然后是要縮短加工時(shí)間�！蔽挥贖armersbach附近Zell市的Prototyp-Werke GmbH公司技術(shù)開發(fā)部經(jīng)理Josef Gießler這樣認(rèn)為。 

   模具制造業(yè)上HSC精加工和HPM粗加工(HPM即 High Performance Machining，高效加工)最常用到的刀具材料為硬金屬�！暗�是，到目前為止還無法采用硬金屬對鋼鐵進(jìn)行HSC加工。”Gießler說，“因?yàn)橛步饘倌蜔嵝暂^差。”某些受熱穩(wěn)定的材料(如CBN)卻又承受不住機(jī)械載荷。Gießler認(rèn)為，“所能做的就是把HSC精加工和 HPM粗加工分成兩部分來進(jìn)行，因?yàn)橛糜诖旨庸さ挠操|(zhì)合金刀具無論在種類和外觀上，還是在鍍層上都有了很大的改進(jìn)�！�  

   使用相配套的夾具也是實(shí)現(xiàn)高速加工的一個(gè)條件。在制造模具時(shí)，需要用到瘦長型夾具，以便能加工出完整的外形。“只要振擺精度高，動態(tài)特性好，用于模具生產(chǎn)的夾具即可減少到兩種類型，即熱收縮型和冷收縮或受力收縮型”，位于Ostfildern的OttoBilz Werkzeugfabrik公司市場銷售經(jīng)理Markus Nolting這樣認(rèn)為。在徑向和軸向載荷大的情況下進(jìn)行切削加工，需要考慮收縮程度和材料剛性的關(guān)系。如果HSS刀具和硬質(zhì)合金刀具使用同類夾具，在受熱收縮時(shí)只有靠感應(yīng)技術(shù)來判定。 

什么是HSC？ 

   通常所謂的高速切削(HSC)是指以高于傳統(tǒng)切削5～10倍的切削速度進(jìn)行切削加工。按照科學(xué)的定義來說，高速切削是指切削時(shí)刀具的推進(jìn)速度極高，以至于刀具和工件之間所產(chǎn)生的熱量(幾乎完全)不會擴(kuò)散到工件的基材里。 

   什么是最佳的HSC加工范圍，即什么是最佳的切削和進(jìn)結(jié)速度，這在很大程度上要取決于所加工的工件。HSC的加工范圍從加工鋁材或鎂材的大約2000m/min的切削速度開始，直至目前的大約8000m/min的切削速度為止。鋼材的切削速度不到1000m/min，而鈦和鎳合金的切削速度則只能達(dá)到大約100m/min。這種巨大的反差反映出高速切削技術(shù)使用和效果的多樣性。