目前，模具制造商面臨訂單不足的壓力，需要尋找額外的加工任務(wù)。對(duì)于模具加工車間來(lái)說(shuō)，另一個(gè)可以施展拳腳的領(lǐng)域可能是航空零件的加工。模具加工的許多成熟技術(shù)也可以用于難加工航空材料的切削加工。隨著商用客機(jī)和軍用飛機(jī)上需要加工的鈦合金、Inconel合金和高溫合金零部件日益增多，需要采用更先進(jìn)的切削加工技術(shù)。多年來(lái)，有許多航空加工新技術(shù)也在模具制造業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。
切削熱的控制
切削加工淬硬工模具鋼的許多難題與切削難加工航空材料是相同的。其中一個(gè)主要的共性問(wèn)題是切削熱的控制�？刂魄邢鳠岬囊环N有效方式是減小切削的徑向?qū)挾�。切削徑向�(qū)挾仁侵冈谥鹦星邢鲿r(shí)，每?jī)纱纹叫星邢鞯闹行木�之間的距離。通常，切削徑向?qū)挾葢?yīng)等于刀具直徑的2%－10%。
切削的徑向?qū)挾?步距)決定了每個(gè)刀齒參與切削時(shí)間的長(zhǎng)短，以及它在進(jìn)入下一次切削之前的冷卻時(shí)間，從而也決定了會(huì)有多少切削熱積聚在刀具和工件之中。
多年來(lái)，為了成功地制造模具，刀具制造商采用了控制刀具切削步距的方法。最近，這種技術(shù)也在航空零件加工中獲得了應(yīng)用。如果切削步距過(guò)大，由于刀齒參與切削時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而在再次切入工件之前的冷卻時(shí)間不足，切削熱就會(huì)越積越多。而采用較小的切削步距，可使刀齒產(chǎn)生持續(xù)冷卻效應(yīng)，從而控制切削熱的產(chǎn)生。
通過(guò)利用持續(xù)冷卻效應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)切削熱的產(chǎn)生，就可以采用較高的主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工，而不會(huì)達(dá)到會(huì)使刀具涂層失效的高溫。而一旦達(dá)到涂層失效溫度，刀具的切削刃就會(huì)快速磨損，并使切削力增大，刀具和工件溫度升高。如果采用了正確的加工工藝，切削熱就不會(huì)在工件中積聚。
刀具涂層
通過(guò)選用正確的涂層，就能在切削溫度較高的加工條件下不會(huì)危及刀具的安全。例如，TiCN涂層的最高工作溫度為400℃；與之相比，AlTiN涂層的最高工作溫度為800℃。由于AlTiN涂層具有極佳的耐熱性，因此它通常是高速加工淬硬模具材料以及難加工航空材料的首選刀具涂層。利用AlTiN涂層的高耐熱性，可以采用較高的主軸轉(zhuǎn)速而不會(huì)損壞刀具。
加工航空合金與模具材料的一個(gè)主要區(qū)別是，大多數(shù)航空合金的加工都采用澆注冷卻方式。如今，在難加工材料(如鈦合金)的加工中，高壓冷卻技術(shù)正變得日益流行，并有效提高了刀具壽命。
進(jìn)給量和切削速度
采用適當(dāng)?shù)那邢魉俣群瓦M(jìn)給量對(duì)于控制熱量積聚至關(guān)重要。當(dāng)切屑負(fù)荷較大時(shí)，大部分切削熱被切屑帶走，因此不會(huì)積聚在刀具和工件中。如果切屑負(fù)荷過(guò)小，就會(huì)產(chǎn)生磨擦或磨削效應(yīng)，從而導(dǎo)致熱量積聚。因此，在不會(huì)損壞刀具或工件的條件下，采用盡可能大的切屑負(fù)荷對(duì)于延長(zhǎng)刀具壽命非常重要。
例如，如果合理的每齒切屑負(fù)荷應(yīng)為0.127mm，而實(shí)際采用的切屑負(fù)荷為0.0635mm，一個(gè)本來(lái)只需20分鐘就能加工完的工件就要耗時(shí)40分鐘，這就意味著，刀具花費(fèi)在切削上的時(shí)間比實(shí)際需要增加了一倍。
刀具幾何形狀
刀具幾何形狀的設(shè)計(jì)對(duì)于控制切削熱和延長(zhǎng)刀具壽命也發(fā)揮著重要作用。盡管模具加工和航空零件加工采用了類似的技術(shù)，但二者所用的刀具并不相同。這兩類刀具在外形上可能有相似之處，但在幾何形狀設(shè)計(jì)和硬質(zhì)合金牌號(hào)上卻有較大差別。
加工編程
模具加工編程人員將會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果他們轉(zhuǎn)向航空零件加工編程，可能并不是一件十分困難的事。
加工編程決定了刀具切入工件材料的路徑，以及作用于刀具的切削力類型。因此，加工編程是高速切削模具鋼、鈦合金、Inconel合金和高溫航空合金的關(guān)鍵要素。
在加工型腔或凹腔時(shí)，切入工件應(yīng)采用螺旋插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)或鉆預(yù)孔的方式，以盡量減小對(duì)刀具頭部的損傷。加工程序應(yīng)避免直接插銑(僅在Z軸方向插銑)。前面已經(jīng)討論過(guò)切削徑向?qū)挾鹊闹匾�，但也可能�?huì)出現(xiàn)切削軸向深度(Z軸方向)過(guò)大的情況。通常，如果采用典型的模具加工技術(shù)，每次走刀可以采用1.5倍刀具直徑的切削深度。
在淬硬模具鋼和難加工航空材料上加工通槽是一種相當(dāng)困難的切削任務(wù)。不過(guò)，采用擺線刀軌編程，就可以快速、輕松、可靠地實(shí)現(xiàn)銑槽加工。擺線刀軌用于銑槽和銑削凹腔，通�？刹捎弥睆綖樗璨蹖�50%－62%的刀具來(lái)進(jìn)行加工。例如，如果需要加工寬度為25.4mm的槽，可以采用直徑為12.7－15.9mm的立銑刀。按照這一比例選用刀具，就可以最大限度地減小熱量積聚和表面接觸。還可以按照前述說(shuō)明來(lái)選擇切削的徑向?qū)挾?刀具直徑的2%－5%)和軸向深度(刀具直徑的1.5倍)。大多數(shù)CAD/CAM系統(tǒng)都提供了擺線刀軌，但卻很少被應(yīng)用，甚至不太為人所知。
小結(jié)
在航空零件加工領(lǐng)域，經(jīng)驗(yàn)豐富的模具制造商確實(shí)具有很大優(yōu)勢(shì)。采用高速切削技術(shù)加工難加工航空合金與切削加工淬硬模具零件在工藝上具有許多共同之處。正確選用刀具幾何形狀、切削速度和進(jìn)給量以及加工編程技術(shù)，對(duì)于成功地加工模具零件和航空合金零件都會(huì)起到重要作用。一旦所有這些工藝要素都被正確應(yīng)用，加工將會(huì)變得簡(jiǎn)單而可以預(yù)測(cè)。 |
