干式切削及所用刀具材料的選用(下)

4)PCD刀具聚晶金剛石作為最硬的刀具材料，它是最耐磨的。它的硬度和耐磨性來自各金剛石晶體間無一定方位的粘結(jié)，這種晶體方位各異的排列抑制了裂紋的擴(kuò)展。使用時(shí)，將PCD小片粘結(jié)到硬質(zhì)合金刀片上，這可增加它的強(qiáng)度和抗沖擊性能，其刀具壽命是硬質(zhì)合金的100倍。然而，某些性能限制了它在很多加工工序的使用。其一是PCD對黑色金屬中鐵的親和力，引起化學(xué)反應(yīng)，這種刀具材料只能用于加工非鐵零件。其二是PCD不能經(jīng)受切削區(qū)超過600℃的高溫。因此，它不能切韌性、高延展性材料。

　　PCD刀具特別適于加工有色金屬，特別是對摩擦很厲害的高硅鋁合金。采用鋒利的切削刃和大正前角高效切削這些材料，使切削壓力和積屑瘤達(dá)到最小。刃口強(qiáng)化、刀具幾何參數(shù)與排屑

　　盡管近幾年物理的進(jìn)步與應(yīng)用開發(fā)，用金屬陶瓷、陶瓷、CBN和PCD制造的刀具仍然是比硬質(zhì)合金要脆得多，不能經(jīng)受太多的壓力，因此用這些材料制造的刀具必須結(jié)合其特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即對它加強(qiáng)支撐、分散壓力。

　　這一點(diǎn)很重要。例如，為了要改變磨削力的方向，使力從切削刃往里向著刀體，切削刃必須經(jīng)過加工--刃口準(zhǔn)備。有這樣三種刃口準(zhǔn)備而且其大小還要適當(dāng)：T型刃帶、強(qiáng)化、T型刃帶強(qiáng)化。

　　T型刃帶

　　就是一個(gè)倒棱--在刃口上磨出的窄的平面，以取代較脆弱而鋒利的刀刃。刀具設(shè)計(jì)者的一個(gè)重要任務(wù)就是要找出最小的平面寬度和能賦予刀刃適當(dāng)強(qiáng)度和壽命的角度；因?yàn)榇蟮膶挾群图訌?qiáng)刀片的角度無疑會(huì)增切削力。

　　強(qiáng)化

　　就是圓整一下鋒利的刃口。雖然強(qiáng)化不象T型刃帶那們有棱有角，但是強(qiáng)化對用于精加工的先進(jìn)的刀片材料效果很好。這些強(qiáng)化刀具應(yīng)該用于淺切深、低速進(jìn)給、并保持切削壓力最小。

　　T型刃帶強(qiáng)化

　　當(dāng)強(qiáng)化用于倒棱的前面與后面相交處時(shí)，也能加強(qiáng)T型刃帶。在應(yīng)用中，微小的剝落發(fā)生時(shí)(就象用陶瓷刀粗車鋼)，強(qiáng)化能分散這些點(diǎn)上的壓力，沒有使倒棱變大而加強(qiáng)了刀具刃口。

　　刀具設(shè)計(jì)者除了針對工件確定最適合的刀具刃口外，還必須優(yōu)化刀具的幾何角度和排除切屑能力。通過增加后角來減小切削力和對刀具的壓力，也降低了切削區(qū)的溫度。要使正前角盡可能地大，這樣由于較好的剪切作用能減少切削力。寬闊的容屑槽有助于切屑的排除，尤其是對鉆削和螺紋加工。

　　另一個(gè)使切削力降低的方法是在高速下切削。為了提高效率，寧可在很高的主軸速度下，把大的進(jìn)給量減小，而不用增加進(jìn)給量的方式。此外，現(xiàn)在的銑刀比五年前要精確得多，銑床和車床的機(jī)械穩(wěn)定性、剛性也更高了，因而排除了可能的振動(dòng)。所有這些都有利于脆的、較硬和耐磨的刀具材料的應(yīng)用。

　　應(yīng)用能抗高溫刀具的另一個(gè)有利因素是切屑形成有極高的效率。例如切削鑄鐵，熱量使切削區(qū)的材料成為可塑體，這樣就降低了切削區(qū)工件材料的強(qiáng)度。其結(jié)果是比普通粗加工金屬切除率增加三倍。因?yàn)檫M(jìn)給速度很高，刀具對金屬材料切除得非常快，以至大量的熱量停留在切屑中，沒有時(shí)間傳到工件和使它變形。盡管切削溫度很高，工件溫升卻很小，比起在常規(guī)用量下切削所得到的工件精度也要高。

　　用低軸向力精加工也能使工件、夾具、機(jī)床靜變形最小化。這樣的工序要求利用粗齒銑刀，低進(jìn)給和銑刀高轉(zhuǎn)速。由于夾持工件所需夾緊力小，工裝夾具可以簡單。對于棱形工件有較寬敞的銑刀通道。

　　干式切削需要考慮的事項(xiàng)

　　采用干式切削加工時(shí)，選定正確的機(jī)床和恰當(dāng)?shù)难b備是很重要的。因?yàn)樗俣忍貏e快，材料又常常較硬，干式切削加工時(shí)切削溫度很高，機(jī)床必須剛性足、馬力大。

　　在加工中心上進(jìn)行干式切削之前，操作者應(yīng)該盡量保持其工具伸出長度較短，主軸是處在剛度最佳的情況下，還要考慮機(jī)床的速度、額定功率。

　　談到車床工近凈成型(nearnet shape)的和淬硬的零件，刀具轉(zhuǎn)塔可以對著機(jī)床剛性強(qiáng)的方向進(jìn)行加工，因?yàn)檫@個(gè)方向的長導(dǎo)軌能把切削力分散。設(shè)計(jì)得好的機(jī)床，能直接在短導(dǎo)軌上分散這些切削力，并且刀架由最少的零件組成，卻能移動(dòng)和支撐刀具。在相對于柔性更重視精度時(shí)，則應(yīng)該考慮用螺栓將一組刀具直接固定在橫拖板上避免回轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)。

　　熱穩(wěn)定性對精度是非常關(guān)鍵的。一些制造商采用軟件提高了他們的加工中心的精度，這些軟件補(bǔ)償了溫度的影響。然而，控制溫度應(yīng)該從有效地排除熱切屑開始，因此要排除密封的工作區(qū)內(nèi)部重要的熱源。

　　優(yōu)秀的機(jī)床設(shè)計(jì)，機(jī)床里沒有那些能聚集切屑的洼坑和高臺(tái)。用排屑螺旋與傳送器盡快將切屑排出機(jī)床外，而不用切削液協(xié)助沖走。如果排屑出了問題，用壓縮空氣取代液體。

　　為了保護(hù)滾珠絲杠、導(dǎo)軌，伸縮套管，防護(hù)罩、密封條和灰塵收集器還是需要的。如果需要一臺(tái)干切削的機(jī)床，可以把原來設(shè)計(jì)好的機(jī)床從濕式切削操作轉(zhuǎn)變?yōu)楦墒角邢鞑僮鳎�通常也是比較便宜。需要添加的灰塵收集器和空氣傳送系統(tǒng)，比濕式切削加工相應(yīng)的油霧收集器和冷卻泵稍微貴些。

　　用干式切削加工操作成本也是比較低的，因?yàn)樗�避免了冷卻液的管理和處理費(fèi)用，其次是壓縮空氣耗電比冷卻泵要少。因此，干式切削的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。