多軸航空薄壁件高效高速切削技術 6月15日高錳鋼 如何加工

歡迎同學們進入課堂 這高猛鋼真是個讓人頭疼的東西 洗起來那叫一個費勁 確實 尤其是它那加工硬化特性 簡直是給刀具上了個緊箍咒 這次學習內標挺全面的 從材料特性到刀具選擇 再到切削用量 最後還有磨損判斷 算是把高猛鋼洗削的門道都給捋了一遍 對 就是要讓大家知道這玩意兒難在哪兒 怎麼才能不被它虐死 特別是刀具選擇和用量 直接關係到效率和成本 你看這分類 是啊 優點是優點 缺點也是真夠硬核的 導熱差 加工硬化嚴重 這幾個詞一出來 就知道後面要講的都是挑戰 ZGM-13這個奧什提猛鋼 算是典型代表了 這個表對比太直觀了 你看ZGM-N13 錘擊前硬度也就200HB左右 錘一下 直接飆到600HB 這冷座硬化能力 簡直是開了掛 確實誇張 中碳鋼和高碳鋼也變硬了 但跟ZGM-13一比 簡直是小巫見大巫 這說明啥 說明你剛切完一刀 下一刀就得面對一個 比原來硬得多的材料 這刀具能受得了嗎 第一個特點 強度高 切削力大 這好理解 含猛量高 鋼就硬嘛 ZGM-N13抗拉強度960HP 比45鋼高了1.5倍 這可不是鬧着玩的 對 這意味着洗削時 刀具承受的力會非常大 所以洗刀本身得足夠強壯 機牀也得給力 功率和鋼性都得達標 不然就是機器和刀具一起罷工 這個加工硬化嚴重 切削過程中 材料表面傲視體變成馬視體 還形成MN2O3硬化層 硬度直接翻倍還多 對 而且這硬化層還特別薄 大概0.1毫米 這就導致前一刀切完 後一刀接着啃這塊硬骨頭 循環往復 刀具磨損速度層層往上漲 更慘的是 接觸面積變小 熱量和力都集中到刀刃上 崩刀的風險大大增加 導熱性差 這又是一個坑 高猛鋼的熱導率 是啊 高溫對刀具來說 簡直是災難 刀具材料的硬度會下降 更容易發生擴散磨損 也就是刀具材料 和弓箭材料互相溶解 遷移 還有機械磨損加劇 所以 控制溫度是關鍵中的關鍵 這個表格總結得很到位 你看 ZGM13的各項指標 除了硬度 強度 韌性 這些天生的硬指標 還有那個熱導率低的可憐 切削加工性分級 直接打了個8分 說明它確實很難伺候 對比45剛 各項指標都差了一截 尤其是熱導率和加工性 這就好比個大力士 力氣大 但反應慢 還容易發熱 伺候起來自然費勁 這個速性大 韌性高 也很有意思 你看 圖2到43 溫度超過600攝氏度後 斷後伸長率突然飆升 這意味着材料變得非常柔軟 容易變形 這下麻煩了 一方面材料軟了 切切不容易斷 切削力反而更大 另一方面 材料又太粘 容易粘刀 形成機械流 這個耐磨性高 刀具壽命低 聽起來有點矛盾 材料本身耐磨 但加工起來 反而刀具壽命短 這是爲啥 因爲它那個加工硬化效應太強了 刀具和它摩擦 它表面越硬 就越磨刀具 雖然它自己耐磨 但這種被動的耐磨 是以犧牲刀具壽命爲代價的 就像你拿一把鈍刀 去砍一塊越來越硬的石頭 刀肯定先壞 還有 這個線杖係數大 也是個大問題 高猛鋼的線杖係數 對 800-1000度的切削溫度 加上這麼大的線杖係數 弓箭加工完 尺寸肯定跑偏 有時候甚至邊加工邊變形 精度根本沒法保證 所以 冷卻必須跟上 把溫度降下來 才能穩住尺寸 好了 說了這麼多缺點 該聊聊怎麼對付它了 首先是 刀具材料 強度 硬度 耐磨性 導熱性 這四個字訣 缺一不可 對 超細精力硬質合金 是個不錯的選擇 硬度高 耐磨性也好 具體選哪種 還得看加工條件和要求 刀具結構也很關鍵 利洗刀的話 撥形刃或者不等尺距 變螺旋角的 能分屑 碎屑 還能抗震 對付高猛鋼這種硬碴子 挺有用 還有 因爲前腳通常選的比較小 最好用大螺旋角的洗刀 這樣實際切削前腳會大一些 對 而且大螺旋角洗刀向下進 給力也大 洗削力本來就大 所以刀柄一定要選牢固的 防止掉刀 墨式錐柄 幾何角度的選擇 這裏面學問可大了 先說前腳 按理說 常溫下高猛鋼硬度不高 可以選大點的前腳 讓它更鋒利 但是 別忘了它的加工硬化特性 一旦切削 表面硬度立馬飆升到 450-550 HBW 強度也翻倍 這時候你還用大前腳 刀尖肯定扛不住 所以 前腳得選小的 甚至負的 硬質合金用2-3度 陶瓷乾脆用負前腳 鈍化一下刃口 增加強度 前腳選小了 那後腳 就得相應調大一點 一般8-12度 這樣既能保證刀具 有一定的鋒利度 又能切入弓箭 同時也能減少後面 與已加工表面的摩擦 對 前後腳的配合很重要 前腳負責切削 後腳負責減少摩擦和散熱 在這個案例裏 因爲前腳小 後腳就得稍微給力點 幫着往前走 刃輕腳欄目打一這個參數 跟前腳伽馬林配合起來 能玩出很多花樣 你看這四種組合 各有優劣 對 A組合前腳正 刃輕腳正 鋒利 但刀尖弱 適合精細 B組合前腳正 刃輕腳負 鋒利 用耐衝擊 適合粗細助批 C組合前腳負 刃輕腳正 強度高 排泄好 也適合粗細 D組合兩個都負 強度最高 但不鋒利 排泄還差 不適合加工高速性的高猛鋼 主偏腳和副偏腳 主要目的是增強刀尖強度 和改善散熱 對付高猛鋼這種硬茶 刀尖強度必須夠 所以主偏腳選小一點 比如45-60度 副偏腳也小 10-15度 對 這樣可以分散切削力 讓刀尖受力更均勻 散熱面積也更大 文本里還提到了用陶瓷圓刀片 直徑14或16毫米 這也是爲了增強刀尖強度 和改善散熱條件 切削硬量 首先是切削速度Vc 這玩意兒對刀具壽命影響最大 也是最敏感的 你看這個圖 這是因爲速度低的時候 溫度不夠高 材料還硬 刀具磨損主要是磨力磨損 速度提高到一定程度 溫度升高 材料變軟了 摩擦減小 刀具韌性也好了 抗衝擊能力增強 壽命反而上去了 但超過70米每分鐘 溫度太高 材料又變得太粘 粘結磨損和擴散磨損就上來了 壽命就掉下來了 每尺淨給量Fz 這個得大於0.1毫米 最好是0.12-0.15毫米每尺 爲啥 就是爲了保證刀齒能越過前面那層 0.1毫米厚的硬化層 別老啃那塊硬骨頭 對 但如果給大了 超過0.2毫米每尺 那刀刃就承受不住了 高溫下 材料又硬又韌 容易崩韌 而且淨給量太大 切削力也太大 溫度飆升 冷熱衝擊 刀具更容易疲勞損壞 所以 速度和淨給量要匹配好 不能一個極端 也不能一個極端 杯吃刀量AE 一般推薦2.5-4毫米 太大了 切削力太大 機牀吃不消 容易震動 而且 因爲高猛鋼硬化嚴重 最後一刀的吃刀量最好小一點 小於1.5毫米 避免掉邊 對 洗削高猛鋼對機牀的要求比較高 功率 剛性 精度 都得在線 不然 要麼切不動 要麼切壞了 要麼切歪了 測試刀量AF 這個主要是決定洗削力的大小 面洗刀可以大一點 0.6-0.7倍的洗刀直徑比例 利洗刀因爲強度剛性相對弱一些 對 這個比例關係是經驗總結 目的是控制總的切削力 在機牀和刀具能夠承受的範圍內 除了刀具和用量 加工方法也很重要 第一個就是熱處理 可以用高溫回火 把傲視體變成鎖視體 這樣加工硬化現象就大大減輕了 切削起來輕鬆多了 這個方法挺實用的 不過要注意 如果弓箭精度要求不高 可以在使用前再做個等溫淬火 讓它恢復傲視體組織 要是精度要求高 那就得在精加工前再淬火一次 對稱洗 刀齒切入切出 吃刀量一樣 平均吃刀量最大 理論上能保證切削在硬化層下面 刀具壽命可能高點 但不對稱順洗更有優勢 它能讓後一刀避開前一刀留下的硬化層 直接切到下面的軟材料 這樣刀具磨損就小多了 而且切屑薄容易甩掉 不容易粘刀 切出時吃刀量小 力也小 震動也小 不容易崩刀 所以綜合來看 不對稱順洗是更好的選擇 加強冷卻 這個前面提過 再次強調 水溶性切削液是基礎 更狠一點的 可以用低溫切削 比如液氮或者液二氧化碳 把弓箭溫度降到零下幾十度 這招厲害了 低溫能讓高猛鋼的韌性變脆 衝擊韌性能降一半 這樣一來 切削力就小了 切屑也容易斷 刀具磨損和表面質量都能改善 當然 冷卻效果要好 最好用內冷卻通道 直接把冷卻液噴到刀具前面和切屑之間 文本里還提到了國外的加熱切削 用等離子加熱 讓材料硬化程度減輕 也能提高效率 不過這個可能比較前沿了 洗削高猛鋼 刀具的磨損形式跟加工其他材料不太一樣 它不是慢慢磨頓 而是容易突然崩刃 或者局部剝落 一下子就廢了 對 這是因爲高溫和斷續切削帶來的冷熱衝擊 容易在刀刃上產生微裂紋 然後裂紋擴展 導致斷裂 不同材料的刀具表現也不一樣 硬質合金抗彎強度高 壽命相對長點 陶瓷抗熱振性差 容易剝落 還不適合用切削液 CBN硬度最高 但抗彎強度低 容易崩刃 特別是剛開始切削的時候 具體來說 硬質合金主要是被硬化成磨礪磨損 陶瓷主要是前面剝落 因爲熱疲勞裂紋 CBN正常磨損時磨損比較慢 但要注意 它在1300攝氏度纔開始硬度下降 而高猛鋼在1000攝氏度就軟了 所以用CBN時可以適當提高速度 配合小鏡給亮 利用高溫下材料變軟的優勢 對 而且用CBN的時候 一定要注意弓箭的棱角和硬點 這些地方硬度更高 容易衝擊崩刀 最好提前用腳磨機處理一下 判斷刀具磨損狀態 其實有很多經驗方法 看切切顏色 從銀白變黃再變深褐色 說明刀具鈍了 要是變藍了 那肯定崩了 趕緊換 看加工表面 發黑發亮 有燒灼紋 聽聲音和看震動也很重要 如果出現火花 噪音變大 機牀抖動明顯 那肯定有問題了 還有一個量化指標VB值 也就是刀具磨損帶寬度 一般不超過0.35毫米 最好別超過0.4毫米 不然就晚了 這個實例挺有意思的 用可轉位圓刀片面洗ZGM13折插件 圓刀片的設計很有講究 它的主片角會隨着吃刀深度變化 接觸長度增加 切切更薄 散熱更好 刀具壽命自然就高了 對 而且橫向洗削力FV大幅降低 從原來的0.85到0.95FC 降到0.45到0.53FC 這能大大減輕機牀的衝擊 降低功率消耗 減少刀具磨損和崩刃風險 西齒設計嚴厲於排泄 刀片還能轉好幾次 利用率高 這個方案看起來挺靠譜的 這個自滾切面洗刀更絕了 刀片還能自己轉 這設計思路挺巧妙 能讓刀具始終保持鋒利 磨損也更均勻 壽命應該不錯 對 通過刀片的旋轉 可以不斷調整刃口狀態 保持較好的切削性能 雖然這裏用了YT767 但結合自滾的特點 估計也能達到不錯的加工效果 不過對稱洗削的方式 跟前面推薦的不對稱順洗略有不同 可能需要根據具體情況進行調整 總結一下 高猛鋼這玩意兒 真是個硬骨頭 但也不是完全無解 關鍵在於理解它的特性 選對刀具 配好參數 做好冷卻和輔助措施 沒錯 核心就是克服它的加工硬化 今天這趟技術交流 收穫不小啊