提高加工效率：切削速度

HEATS

在金属切削加工中，提高加工效率是许多人追求的重要目标之一。

而提高切削速度是提高切削效率的一个非常有效的途径。100年以来，经过切削专家的不断努力，主流刀具材料经过了从高碳钢(切削速度约为5m/min)、高速钢(切削速度约为20m/min)、硬质合金(切削速度约为80m/min)、涂层硬质合金刀具(现在的切削速度约为200m/min)等几个阶段，切削效率得到了极大的提高。以一个直径65mm、长度1m的钢件车削为例，100年以前大约耗时100分钟，而现在的主流加工方法大约只需要1分钟。由于加工效率的提到，金属加工业者也获得了及其可观的经济效益。某阀门厂进行过一个阀门法兰钻孔的工艺改进。该厂原长期使用高速钢麻花钻加工该法兰上的螺栓孔，加工效率已经成为其产能提高的瓶颈。但他们对于使用高效率的可转位钻头心存疑虑，因为可转位钻头刀体的价格比他们正在使用的高速钢钻头高十多倍，况且高速钢钻头的可刃磨次数不多，使用可转位钻头的经济型也许不太理想。在进行了一系列的试验和分析后，我们看到由于切削效率的提高，加工工时大大减少，分摊在每个工件上的成本大大下降，刀具的消耗费用也有减少，在他们一个工作日上因此节约的加工成本就足以支付采购可转位钻头刀体所需要的费用。
* _" ~) b7 L# T. R; T" n! i% ~7 ?2 u7 G* T! v: E# r& ~( U3 T& F. q% l, x7 i4 ~2 z, o8 q6 q# _2 u

a)KC9110	b) 赛龙陶瓷
图1 现代刀具材料 " @5 v; e; ]* [
a)细颗粒硬质合金KC635M 刀具寿命: 25min	b)超细颗粒硬质合金KC637M 刀具寿命: 70min
图2 加工淬硬钢HRC62磨损对比

刀具材料和涂层技术的发展，为提高加工效率，降低制造成本提供了技术保障。例如，根据肯纳金属提供的一份资料表明，在切削钢件时采用其KC9110材质将有可能对加工效率极有帮助：KC9110的中温CVD和普通CVD组成的镀层总厚度达到24μm，其中α相的氧化铝结构稳定，性能优越，而中温CVD形成的TiCN极大地消除了在硬质合金基体和氧化铝膜层之间的脆弱的η相而提高了膜层的结合能力，从而可以大幅度提高切削速度；钴加强的硬质合金基材又对刀具的刃口韧性进行了增强，从而提高了进给率：它的刃口还在涂层之后进行了抛光，从而降低切屑与刀片之间的摩擦，减少粘结磨损的发生，提高刀具寿命。在美国某企业的加工实际中，由于切削速度和进给速度的同步提高，该工序的加工费用由原来的近3.7万美元锐减到不足0.9万美元，下降幅度超过75%。 % J6 x% T1 x( \* _% b

另一个例子是肯纳金属商品名称为 “赛龙”的须晶增韧陶瓷材料。这种陶瓷刀具材料的主要成分是Al₂O₃和ZrO₂，而用长径比为20～200倍的SiC晶须进行增韧。这种须晶在陶瓷刀具受到扭矩载荷和裂纹扩展时能有效地起到牵制和阻挠的作用，而在载荷集中时也能够起到均匀载荷的作用。在进行波音777发动机固定架的高温铣削时，面对硬度为28HRC的镍基合金，其切削速度高达1310m/min，进给速度在2000mm/min，帮助企业将加工周期从45小时减少到14小时，从而大幅度提高了加工效率。 5 B! S- }2 @4 V- I: f+ L# g7 F7 ]2 m3 s# r

硬质合金颗粒度对刀具性能也有不小的影响。在铣削62HRC的淬硬材料时，细颗粒硬质合金KC635M加工25min的刀具磨损与超细颗粒硬质合金KC637M加工70min的刀具磨损相当，说明在加工硬材料方面，超细颗粒硬质合金KC637M的耐磨性比细颗粒硬质合金KC635M高将近3倍。

' j* L4 c! ]' c; p, z