铰削加工赢得新的应用领域

众所周知,不锈钢是以VA、Inox、Nirosta、Chromargan这样的技术术语出现的。在德国工业标准DINEN10088中,这些不锈钢已是标准化了的。不锈钢根据其适合某种应用情况的成分约可分为120种。

所有这些材料是以其较好的化学稳定性而出名。因此,不锈钢一方面由于它合乎卫生标准的品质而应用于食品和制药工业,另一方面,由于它的抗腐蚀性能,还在化工和交通工具中得到应用。

奥氏体不锈钢品种难于切削

根据合金元素的成分可分为铁素体、马氏体和奥氏体不锈钢,其中最后一组包含最常用的钢种。典型的代表是这一范围中的标准钢材1.4301(X5CrNi18-10)和典型的V4A钢1.4571(X6CrNiMoTi17-12-2)。

这一组奥氏体不锈钢被看作是最难切削的。这种钢比较坚韧,导热性较差,较高的强度而导致冷作硬化。由于添加了钛合金元素(例如材料编号为1.4571的不锈钢)在同碳结合时会产生特别加速刀具磨损的钛化碳。

由于材料的这种性能,在切削时,对刀具在刀具材料、几何角度和表面质量等方面提出多方面的要求。同时,刀具的基体应具有较高的强度和较好的韧性,刀具的切削刃应能进行软切削。另外,刀刃的切削楔应该大一些,以便能足够承受切削力。此外,还应能从切削刀刃上顺畅地排除切屑,以便能使过程可靠地加工材料。

因此,通常采用正的大前角涂层硬质合金刀具,在铣削时可以获得很好的加工成果。断续切削可产生很短的切屑,切削刀刃也只是承受较小的负载,而通过涂层又可以显著地进行隔热和防止磨损。

特别困难的是孔的精加工

对于孔加工,加工的形成涉及到许多因素。在这里,当刀具具有韧性的刀体、较大的排屑空间、右螺旋的排屑槽和涂层的情况下,在加工大多数有限深度的孔时,可以采用标定的切削用量,能获得可接受的成果。

在孔的精加工时,则是另一回事。对于精加工,孔应达到较高的表面质量,在μm范围的直径精度以及较严格范围内的圆度和圆柱度,并且还要确保可以接受的刀具耐用度,以便可估算出每个孔的加工费用。

图1较好的表面质量对于孔的精加工是绝对必要的。采用以前的刀具加工出表面质量较差的孔(左),采用新的铰刀,加工出表面质量较好的孔(右)

特别是对于多刃铰刀(这种铰刀的特色是在选择较合适的切削用量时操作相当简单),当用于这种较难切削材料的加工时,常常会受到限制。通常,加工的结果是表面质量较差(图1),孔径尺寸位于公差范围的下限,在刀具寿命期内加工的零件数量较少,并且排屑也有问题。

因此,作为加工精密孔专家的AugustBeck公司(公司驻地:Winterlingen)针对这种特殊的问题将开发一种能胜任这种加工的刀具作为目标,以拓宽这种刀具的加工范围,并包括转变用户的生产工艺。在考虑材料的特殊性能情况下,刀具的设计应满足下列要求:

◆减小刀具和孔之间的摩擦

◆在刀具具有较高稳定性的同时,刀具还应具有有利于切削的刀刃角度

◆避免切屑堵塞,从加工孔中能顺利排出切屑

切削刀刃部分和校准部分之间的相互影响

要是人们仔细地观察多刃铰刀时,就会发现在多刃铰刀上这些要求的实施会受到很大的限制。铰刀的功能元件(即切削刀刃部分和校准部分)同时相交在每一个刀刃上,这两部分之间相互发生影响,紧随着切削刀刃的刀尖切入孔开始,此时在孔中对刀具起导向作用的圆柱形棱带与孔壁发生接触。这种接触区越大,那么刀刃刀尖的磨损就越大,并且导致刀具在孔中受到挤压。由于刀具的偏移,最终致使加工孔的尺寸小于刀具直径。如果工具材料的弹性越好,那么这种效果越强烈。而材料中的硬材料颗粒还会添加磨粒磨损,更加速了使加工孔径变小的过程。在刀具使用不长的时间之后,这种过程完全可使孔径减小1/100mm左右。

在切屑流、有利切削和稳定性方面的妥协

AugustBeck公司的开发人员在这方面进行了恰当的安排,并取得下例成果:

图2特别在很难断屑的情况下,采用多刃铰刀进行加工,排屑往往就成问题,切屑在刀体上成了一团乱线

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