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应对P25钢件车削的挑战 正确的刀片会提高生产效率

2013-09-10   金属加工在线

        在ISO P25应用领域内的钢件车削是全世界机械加工车间最主要的工序。拥有最佳的工艺是在竞争激烈的全球化市场中占据一席之地的先决条件,而生产工程师们也在不断地寻找巩固竞争优势的方法。

  那么,在这个关键领域内,工程师所面临的主要问题是什么呢?刀具制造商如何应对、材料又如何发展才能帮助解决这些挑战,并最终带来优化的工艺呢?


  评估要求

  作为一道工序,钢件车削需要处理和平衡许多因素。其中包括最大化产出、刀具寿命的延长以及更可预测性、有限监督/无人值守生产时的高可靠性、高表面质量以及对广泛且多样化的P25材料范围的适应能力。尤其重要的是切削刃的状况 - 如果切削刃破损,就会使刀具快速崩刃,由此导致零件不合格和降低加工安全性。

  首先,应该指出,当提到切削刀具解决方案时,ISO P25钢件并非是简单的材料分类。零件、工艺、特性和加工工况在这一车削分类中区别很大,其中可以包含非圆零件、接近最终形状铸件或锻件的粗加工到精加工工序。此外,材料可能是非合金或高合金材料,能够提供应用范围两端截然不同的硬度值。

  由于有许多可变因素会对切削刀具的刀片性能造成影响,因此寻求单一材质以适应P25范围广泛的需求就是一项吃力不讨好的任务。事实上,任何敢如此断言的材质都有许多先决条件。例如,抗断裂性至关重要,这样就要求切削刃能够提供抗塑性变形(由存在于P25切削区中的极端温度引起)所需的硬度。此外,刀片涂层必须能够防止后刀面磨损、月牙洼磨损和积屑瘤。更为关键的是,该涂层也必须粘附于基体上。如果涂层粘不住,就会使基体暴露在外,进而导致刀片快速失效。

  通常,任何刀片的最佳磨损类型是可控的后刀面磨损,因为这样可保证切削刃的使用寿命可预测。理想的材质应能够限制不必要类型磨损的产生 - 而且在某些工序中,应能完全杜绝其产生。

  切削刃益处

  在现今快节奏的钢件车削舞台上,可转位刀片的刀具寿命取决于是否拥有完整的切削刃,足以高效地切削金属并生成满意的粗糙度。其成功的秘诀是限制连续且可控的磨损,并消除断续且不可控的磨损。这就是刀片材质制造商为真正解决切削刃过早断裂这一问题而乐此不疲之原因所在。要实现这个目标,就需要消除各种类型的磨损。

  因此,首先应控制后刀面磨损,其实质是切削刃下的后刀面上所形成的磨料性磨损。后刀面磨损是刀具材料在金属切削过程中所发生的自然侵蚀作用,如果允许以可控的模式发展,那么此磨损尚可接受。在某些有记录的案例中,后刀面磨损状况保持平衡甚至有利于整个切削过程。但是,如果后刀面磨损出现得太快,那么就需要调整切削过程的加工参数或材质。

  月牙洼磨损是另一种常见的可控磨损,在钢件车削时受到热和压力的影响而引起的。过度磨损会引起刀片槽型改变,进而导致切削工艺很不理想。在一段时间后,就会使切削刃变弱,成为成功加工需要克服的一个主要风险。

  可控的磨损模式

  后刀面磨损和月牙洼磨损都是钢件车削时极普通而自然的磨损,切削时如果只经历这些磨损形式,并且磨损可控,那么就是令人满意的加工工艺,至少能获得足够高的切削速度和更长的刀具寿命。

  当然,完全的可预测性是一种理想情况,在现实加工中实现很不容易,特别是当市场越来越趋向于监督有限或根本没有监督的加工条件。这意味着许多潜在的危险,因为非连续的磨损类型更难以控制。在理想的世界中,在使用推荐的切削参数进行加工时,用于P25钢件车削的切削刀具刀片材质将能够抵御所有非连续类型的磨损,由此使真正自动化的无人值守金属切削工序成为可能。

  断续磨损的一个很好的例子是塑性变形,此时切削刃会凹陷。这种磨损类型是由于材质承受的温度过高而导致的。首先,整个切削刃上可能会出现几道细微的热裂纹,或者涂层从切削刃上剥落,留下暴露在外的基体。此类磨损会导致刀具快速崩刃,这种状况真正不可控,也不可接受。

  折中

  通常,问题关键在于获得“折中”- 在连续与非连续的磨损比率之间达到平衡,以便在应用更高的切削参数时,获得最大的切削刃安全性和更长的刀具寿命。现在这种观念开始应用于更硬的P15与更坚韧的P35材料分类的重叠区域。 此外,在钢件车削应用中,也应考虑到其他对加工结果有决定性影响的刀具因素,例如刀片微观和宏观槽型、刀尖半径以及刀片尺寸和形状。这些因素与刀片材质的组合将决定成功与否,因为几乎所有的操作工都能够充分利用高性能的P25材质。

  放眼未来

  事实上,ISO P25钢件车削是最难切削的应用领域之一。这就是工程师们仅通过一种材质不断寻找可以帮助他们提供更高基准性能的解决方案的原因所在。除了提高切削速度外,这种材质理论上也应有助于提高工艺安全性和刀具寿命。如此一来,正确的刀片会对提高生产效率有帮助,相应的,生产效率得以提升则使这种刀片更具有竞争优势。
   

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