加工镍基合金铣刀的特点

()当遇到Hastelloy、waspaloy、Inconel和Kovar等难加工材料时,加工知识与经验就显得非常重要。目前,镍基合金的应用越来越多,主要用于制造航天、医疗、化工行业的一些重要零件。这些材料具有很高的强度、耐腐蚀性,并能经受极高的温度。在上述材料中加入了一些特殊元素,可获得优越的性能。但另一方面,也使这些材料变地特别难于铣削加工。

我们知道,在镍系合金中镍和铬是两个主要添加成分,增加镍能增加材料韧性,加入铬可提高材料的硬度,再加上其它成分的平衡,据此就可以预测刀具的磨损情况。

添加到材料中的其它元素可能有:硅、锰、钼、钽、钨等,值得注意的是,钽和钨也是用来制造硬质合金的主要成分,它们能有效地提高硬质合金的性能,但是这些元素加入到工件材料中,就使它变地难以铣削加工,差不多像用一把硬质合金刀具切削另一把硬质合金刀具一样。

刀具的破损

为什么切削其它材料的铣刀,在铣削镍基合金时破损较快?搞清楚这一点是很重要的。加工镍基合金,其刀具费用较高,其费用为铣削一般钢材的5～10倍。

毋庸质疑,在铣削镍基合金时,热量是影响刀具寿命的最重要的因素,因为即使最好的硬质合金刀具,也会被过高的切削热所毁坏。产生极高的切削热,不仅仅是铣削镍合金才遇到的问题。所以铣削这些合金时,需要对热量加以控制。另外,了解应用各种形式的刀具(高速钢刀具、硬质合金刀具或陶瓷刀具)加工时所产生的热量值,也是非常重要的。

许多刀具的损坏还与其它因素有关,不合格的夹具和刀柄都可能缩短刀具寿命。当夹紧的工件刚性不足,切削时产生移动时,可能会引起硬质合金基体的断裂。有时会沿切削刃产生小的裂缝,有时还会从硬质合金刀片上崩掉一块,无法继续进行切削。当然,这种崩刃也可能是因为硬质合金太硬或切削负荷太大所致。这时应考虑采用高速钢刀具进行加工,以减少崩刃的发生。当然,高速钢刀具又不能像硬质合金那样承受较高的热量。究竟采用什么材料,必须根据具体情况权衡确定。在加工开始前,设法加强夹具的刚性,对以后长时间的生产都会带来益处。不仅延长了刀具的寿命,而且还提高了工件表面质量,减少了加工误差。

同样,刀柄选择不当,也会缩短刀具寿命。如把直径为3.175mm的立铣刀装在铣刀刀柄里(而不是弹簧卡头里),由于紧固螺钉的作用,使刀具和刀柄之间的配合间隙偏到一边,刀具中心偏离刀柄回转中心,使铣刀工作时的径向跳动增加,致使铣刀每个刀齿的切削负荷不均衡。这种切削状态对刀具很不利,特别是在铣削镍基合金时更加突出。

通过使用改善了刀具装卡偏心度的刀柄,如液压卡头、热装卡头,能使切削作用更均衡、更平稳,减少了刀具磨损,提高了表面质量。选择刀柄时应遵循一个原则,就是刀柄要尽可能的短。这些对刀具和工件的夹持要求,对铣削任何材料都适用,而当铣削镍基合金时,还需要尽可能采用先进的加工经验。

刀具的使用

管刀具设计得如何,或用什么材料制成,刀具的制造商都应该提供切削速度和每齿进给量的初始值。如果没有这些数据,就应该向制造厂家的技术部门咨询。厂商应该熟知他们的产品在进行全宽度开槽铣削、外廓铣削、插铣或斜坡铣削时的能力如何,因为许多标准铣刀大多数不能完成这样多的加工工序。比如,如果铣刀没有足够大的第二后角,则斜坡铣削的斜角就要减小。

很明显,如果超出刀具的加工能力,将导致刀具的损坏。插铣也是一样,如果不能将切屑及时地从槽底排出,切屑将会受到挤压,之后刀具也将损坏。总之,铣削加工高温合金时,这些情况对刀具寿命都是不利的。

如果认为减慢进给速度可延长刀具寿命,那么事实证明,这种观点是错误的。典型的例子就是在切第一刀时,会发现材料相当硬。如果把进给量减小(如可转位铣刀的每齿进给量减至0.025～0.5mm),刀具切削刃将强烈地摩擦工件,结果是刀具很快或是立即损坏。摩擦能引起工件表面的加工硬化,为避免加工硬化,切第一刀时应保持一定的切削负荷(0.15～0.2mm/每齿进给量)。

切削深度取决于多种因素,如刀具设计,刀片高度、卡具刚性、刀具总长、机床马力等。但当刀具的后角和前角为5°～11°正值时,最适于加工粘度大的材料。立铣刀的螺旋角应该在35°～50°之间。这些铣刀的倾斜刀刃有锯削作用,能形成理想的切屑并带走切削热。

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