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加工镍基合金铣刀的特点

日期：2007-8-16 19:54:21 人气：35 [大中小]

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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

不管刀具设计得如何，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。

当然，铣削镍基合金时，选择适当的切削速度也非常重要。它决定了在切削区产生热量的多少。推荐的速度范围从较低的12～15m/min(对高速钢铣刀)到23～37m/min(对硬质合金铣刀)，再到180～245m/min或更高(对陶瓷铣刀)。增加进给量和切削深度也会增加切削热，因相应地增加了切削力和刀具与工件的接触面积。

根据铣削镍基合金时的应力和切削力，应选择由亚细颗粒硬质合金作为铣刀刀片的基体，并采用带有耐热性能的氮铝钛涂层。使用这类硬质合金牌号的刀片进行铣削加工，可取得很好的加工效果。在较低的切削速度下，采用碳氮化钛涂层进行加工，其效果也不错。

如果在加工中，刀具使用不当，即使用最好的基体和涂层，也不会取得好的加工效果。比如，在零件上要铣出一个深度为3.8mm的槽，想分三次走刀加工出来。一般在这个加工过程中CAM系统将显示为三次切深都一样。由于工件重复地接触刀具上同一部位，最终相同的切深将使涂层上产生一个缺口，一旦这个缺口划穿了涂层，就会损伤基体，致使刀具损坏。因此在铣削加工中，选取适当的切削深度(一般在0.5～0.75mm)，在铣削时，防止工件重复接触刀片同一部位，这样才能延长刀具的寿命。