數控機床

　　工件材料的 ISO S 分類包括高溫合金 (HRSA) 和鈦合金。這些材料的熱硬度和熱強度使其能夠（gòu）廣（guǎng）泛應用於航空航天、能源和其他領域的（de）關鍵應用。但是（shì），這些合金的（de）有益屬性也帶來了不同（tóng）於傳統鋼鐵（tiě）加工的加工特性。為應對這一問（wèn）題，刀具製造商已開發出一係列產品和應用策略，用於解（jiě）決材料可加工性（xìng）難題，並實現可靠、穩（wěn）定和相對經濟的 ISO S 材料組合金加工（gōng）。如 今，這些（xiē）刀具（jù）製造商（shāng）還（hái）力求為生產商提供有關新型刀具和策（cè）略的培訓，並且說（shuō）服機床技工重（chóng）新考慮過時的加工技術，這些技術很可能將無法適用於當今的先進材料。 可加（jiā）工性因素 術語“可加工性”描述了金（jīn）屬對加工工藝的反應（yīng）。可加工性包括四個基本因素：加工中產生（shēng）的機械力、切屑形成 和排屑、熱量產生和轉（zhuǎn）移，以及刀具磨損和故障。其中任何（hé）因素或（huò）全部因素的過（guò）度作用均會導致材料（liào）被視為“難以加工”。

　　如果（guǒ）試圖將過去幾十年來（lái）用於鋼鐵等材料的相同刀具和技術用於高溫合金和鈦合金加工，就會造成刀具壽命、加工時間和可靠性以及零件質量方麵的可加工性問題。最近幾年中（zhōng），刀具開發時才考慮了鎳基合金和鈦基合金。加工這些相（xiàng）對較新的材（cái）料並不一定比加工傳統（tǒng）金屬更困難，這（zhè）其實是兩種不同的加工類型。

　　例如，加工“難加工”材料的（de）通常方法是謹（jǐn）慎操作，並使用較低的切削（xuē）參數，包括減小的進給率、切削深度和速度。然而，使用專為（wéi）這些高性能工件材料開（kāi）發的刀具時，基（jī）本準則反而是增加切削深度和進給率。旨在處理這些較高參數（shù）的刀具含有細粒度硬質合金材質等級，可提供良好的高溫刃口強度和鍍層（céng）粘附性，並且特別注意對（duì）加工硬化的（de）工件（jiàn）造成的（de）溝槽磨損的耐受性。此外，刀具（jù）製造商還開發了陶瓷和（hé） PCBN 刀具，用於對這些高性能合金進行粗加工和精加工。

　　對（duì）於特定可加工性因素，高溫合金在機械（xiè）或與力相關的問題方麵與堅韌的鋼鐵材料並無很大差別。但是，在熱量的產生和（hé）散（sàn）熱方麵，它們之間有著顯著差異。金屬切削（xuē）過程中（zhōng）產生的熱量會導致工件材料變形，而切削過程中產生的切屑能夠帶走（zǒu）熱量。然而，這些材料產生的分段（duàn）式切屑通常無法提供良好的散熱效果。此外，耐熱材料本身就是不良導熱體。切削區的溫度可達 1100° - 1300° C，當熱量無法消散時（shí），就會在刀具和工件（jiàn）上積聚（jù），並（bìng）最終導致（zhì）刀具壽命縮短，甚至造成工件變形和冶金學特性的改變。

　　要解決這一問題，就需要改變對刀具強度的認識。通（tōng）常認為刃（rèn）口鋒利的刀具較為脆弱，但控製刀具溫度積聚的方（fāng）法（fǎ）之一正是使用鋒利的刀具，鋒利刀具能切削更多（duō）的材料並（bìng）減少材料變形，因此生成的熱量更少。實施這一策略需要專為刃口強度而設計的刀具，並在具有充足（zú）功（gōng）率（lǜ）、穩定性和抗振性的（de）機床上使用。

  　　應變硬化和沉澱硬化的趨勢也增加了（le）高溫合金加（jiā）工的複雜（zá）性。在應變（biàn）硬化中，切削區內的材料在受到切（qiē）削過程的應力和高溫作用時變得更硬。鎳基和鈦基合金表現出比鋼更大的應變硬化趨勢（shì）。而在沉（chén）澱硬（yìng）化中，當高溫（wēn）激活本應處於靜（jìng）止狀態的合金元素時，工件材料中會形成硬點。無（wú）論哪種趨勢，材料的結構都可能會在第一次走刀後即發生顯（xiǎn）著變化，二次走刀後將能夠穿透硬度更大的表麵。而這正是將走刀次數降至最低（dī）的解（jiě）決方案。例如，與其（qí）使用兩次 5 mm 切深的走刀切除 10 mm 的（de）材料（liào），不如使用一（yī）次 10 mm 切深的走刀。盡管在許多情況（kuàng）下無法實現一次走刀加工，但這仍是理論上能夠實現的目標。

　　這種（zhǒng）方法還要求重新考慮精加工工藝，傳統的精加工工藝包含以小切深和（hé）輕進給率進行的多次走刀。作為替代，機床技工應尋找盡量提高參數的可能性（xìng），這樣才能改善刀具壽命和表麵粗糙度。

　　用（yòng）於精加工走刀的稍微加大的切深還（hái）可將切削刃最鋒利（lì）的部分置於零件的任何應變硬化（huà）或沉澱硬化（huà）區域的下方。然而，過深的精加（jiā）工走刀可能產生振動並對表麵（miàn）粗糙度造成不利影響。因（yīn）此，尋找進取和（hé）謹慎間的最佳平衡便成（chéng）為了關鍵。

　　可（kě）靠性和經（jīng）濟性

　　憑借如今專為（wéi）鎳基和（hé）鈦基（jī）合金開發的刀（dāo）具和策略，完成（chéng）加工基本上不（bú）會有技術問題（tí）。持續挑戰不僅僅在於加工工件，還在於在規定的時間內以規定的成（chéng）本正確地進行工件加工。目標是改善工藝可靠性和生產經濟性。

　　考（kǎo）慮到先進工件材料和由其製成的零件（jiàn）成本較高，因此加工工藝必須絕對可靠。生（shēng）產商無（wú）法承擔在尋求可（kě）靠（kào）加工工藝的同時生產報廢件的損失。使用適當的（de）刀具和加工（gōng）參數有助於確保穩定的加工結果。

　　就加工參數而言，增加切深（shēn）和（hé）進給（gěi）率有助於提高（gāo）生產率。更高的切削速（sù）度還可加快零件加工，但這一有利條件尚未得到充分開發利用。目前在鎳基和鈦基合金中所用的速度仍然低於鋼材中的速度。不過目前的研究重點是開（kāi）發能夠實（shí）現更高切削（xuē）速度並仍然保持合理刀具壽命的刀具屬性。

　　除了刀具，金屬切削工藝的其他部件（如（rú）使用高（gāo）壓定向輸送冷卻液 (HPDC) 係統）還有助於提高生產率。如（rú）果 ISO S 材料的切削速度（dù）為（wéi） 50 m/min，HPDC 可使切削速度高達 200 m/min，從而使（shǐ）產（chǎn）量提高四倍。

　　在加工高溫合金時（shí），刀具壽命是另一個可（kě）從新視角加以審視的因素。刀具壽命的（de）傳統測算方法（fǎ）是計（jì）算刀具需要更換前（qián）的（de）切削分鍾數。另一種（zhǒng）測算方（fāng）法則是計算成（chéng）本。

　　例如，如果生產特定工件需要 2 個小時，且必須每（měi） 20 分鍾更換（huàn）一次刀具，則必須購買 6 個刀具才能完成零件（jiàn）的加工。按照這個思路（lù），目標（biāo）將（jiāng）是降（jiàng）低刀具成本，並獲得 30 分鍾的刀（dāo）具壽命，而非 20 分鍾。

　　然而，在加工采用高溫合金或鈦合金製成的昂貴零件時（shí），刀具成本不過占零件總體價值的（de）很（hěn）少一部分。因此，刀具利用率（也稱作（zuò）刀具的利用指數（shù））才是更相關的測算方式。在比較兩種示例刀具時，如果一種刀（dāo）具維持 10 分鍾並生產一個工件，則刀具成本為每工件一個刀具。另一種刀具，以不同方式使用，可能僅維（wéi）持 5 分鍾，但生（shēng）產兩個零件。即便第二種刀具的壽（shòu）命按照分鍾來計算（suàn）比第一種刀具少了（le）一半，但零件產量增加了一倍。目標是以可接受（shòu）的價格在最短（duǎn）時間內生（shēng）產出（chū）最大數量的合格工件。考慮到高溫合金零件的（de）成本較高，因（yīn）此刀具利用指數才是更好的真實（shí）生產率測算標準。

　　結論

　　同往常一樣，要想最大（dà）限度地（dì）發揮新開發的金屬切削技術的優勢，關鍵因素在於（yú）了解如（rú）何以最佳的（de）方式使其適用於特定應用。隨著在高溫合金和鈦基合金等高性能工件（jiàn）材料方麵（miàn）繼續取得（dé）進展（zhǎn），刀具製造商還將繼續為新合金的加（jiā）工工藝設計最大限度（dù）提高生產率的新方法。生產商將從對新刀具可用性的了解以及刀具（jù）製造商在如何以最佳方式使（shǐ）用這（zhè）些刀具方麵的廣博（bó）知識中獲（huò）益。

　　持續的刀具開發

　　不鏽鋼，在約 100 年前就以各種形式取得了專利，成（chéng）為邁向現代高溫合金的第一步。在第一種不鏽鋼合金中，為抗（kàng）氧化和腐蝕，向鋼中添加了鉻 – 在基礎不鏽鋼合金中，鉻含量至少占總重量的 10.5%。接著，為改善不（bú）鏽鋼的硬度和剛度，又添加了鎳。隨著合金被應用於越來越嚴（yán）苛的環境中，鎳的比例也（yě）隨之提（tí）高（gāo），最終，鎳成為了該材料（liào）中的主要合（hé）金元素。在今天為人熟知的（de）高溫合金 718（商品名稱為 Inconel 718）中，鎳含量為 50% 至 55%、鉻含量為 17% 到 21%，其他元素占 10%，剩餘（yú）成分為鐵。現代的高（gāo）溫合金和鈦基合金具有優異的強度、耐（nài）熱性、耐腐蝕性以及穩定性。

　　在麵（miàn）對這些難加工的新工件材料時（shí），生產商首（shǒu）先應嚐（cháng）試使用熟悉的加工實踐。然而（ér），隻有在他們采用了專門（mén）用於這些特定材料和加工的刀具和技術時，才能真正獲得最大的生產率。

　　例如，在 20 世紀 80 年（nián）代中期，山高成立了由科學家和工程師組成的“阿爾法小組”，來尋找更有效的不鏽鋼加工方法。該小組與大（dà）量不鏽鋼製造商合作，開發了新型硬質合金（jīn）材（cái）質等級（jí）和槽型，以及用於不鏽鋼的特殊切削方法。20 世紀 90 年代，他們將開發活動延（yán）伸至高性（xìng）能的高溫合金材料。

　　除了硬質合金材（cái）質等級、鍍層和槽（cáo）型，還開發了用於在金屬切削流程的特定階段中優化高溫（wēn）合金加工（gōng）生產率的刀具（jù）。例如針對粗加工操作，山高的 CS100 矽鋁氧氮陶瓷材質等（děng）級具（jù）有非常出色的化學穩定性（xìng）、耐腐蝕性和（hé）剛度，能夠實現長久（jiǔ）、穩定的刀具壽命。典型的粗車加工應用參數（shù）包括 150 m/min 至（zhì） 305 m/min 的切削（xuē）速度，0.2 至 0.4 mm/rev 的進給率，以及 0.5 mm 至 3.75 mm 的切深。
 

　　Secomax CBN170 是對 CS100 材質等級的補充，這是一種強韌且耐磨（mó）的（de） PCBN 材質等級，設計用於（yú）對鎳基高溫合金進行連續精車（chē）加工。

　　CBN170 材質等級含有晶須陶瓷粘（zhān）接劑，可延長刀具壽命，從而減少更換切削刃所（suǒ）需的機床停（tíng）機次數。此（cǐ）材質等級旨在滿足鎳基（jī）高溫（wēn）合金精加工操作中的表麵粗糙度、公差和切削長度的精確要求。CBN170 刀具設計用於使用冷卻液、切深深達 0.5 mm、切削速度為 300 m/min 至 400 m/min 的（de）連續切削工況下的加工。該材質等級的 CBN 含量占總體積的 65%，並具（jù）有（yǒu） 2-?m 的顆粒規格。刀（dāo）片（piàn）具有 25-?m 的刃口研磨（mó）規格。

　　其他旨在改善高溫（wēn）合（hé）金加工中的刀具壽命（mìng）和生產率的開發還包括山高的 Jetstream Tooling 高壓定向輸送冷卻液 (HPDC)係統，該（gāi）係統可向切削刃附近輸送（sòng）冷卻液（yè）。冷卻液噴射（shè）流從前刀麵帶走切屑，改善了切屑控製和刀具壽命，並實現了更高（gāo）的（de）加工參（cān）數的應用。在某些情況下，切屑的迅速冷卻使其變得易碎（suì），因而更容易斷裂。

　　山高總部設在瑞典（diǎn）法格斯塔市，致力於開發創新（xīn）的金屬切削解決方案，並與客戶密切合作以全麵理解和專注於滿（mǎn）足他們的需求，因此（cǐ）譽滿全球。我們（men）在 50 個國家/地區雇用了 5000 多名員工，並通過培訓、發展和員（yuán）工認同計劃以及（jí）開放的溝通環境來提升我們團隊成員的能力。我們的員工展現了三個核（hé）心價（jià）值觀 – 熱忱待客、家庭歸屬感和個人承諾，它定義了我們的經營之道以及我們與客戶（hù）、供應商和其他合作夥伴之間的交（jiāo）往方式。