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配方調整（zhěng）－可（kě）加工性分析係統優化了金（jīn）屬切削結果

2014-12-10 來源：數控機床市場網作者：

上海, 2014 年 12 月 - 高效（xiào）加工絕非像烘焙蛋糕一樣簡單（dān）。一個（gè）關鍵原因是（shì）金屬加工與（yǔ）烘焙有（yǒu）著（zhe）很大

的不同。烘焙蛋（dàn）糕（gāo）時，通用麵粉可以在各種（zhǒng）配方中有效使用。與此（cǐ）相反，製造商十分（fèn）清楚所加工的產品並（bìng）沒有通用的工件材料。不同的產品應（yīng）用要（yào）求工件材（cái）料具有（yǒu）千差萬別的性能屬性（xìng）。比如汽車車軸需（xū）要使用低合金鋼的韌性。渦輪發動機部件需要使用鎳基合金的耐熱性。

正如其特定性能屬性一樣，所有工件材料的五種基本物（wù）理屬性也表現各異。這些屬（shǔ）性是（shì）磨蝕性、硬度、導熱性、粘著（zhe）性/延（yán）展性趨向（xiàng）和應變硬化。各個屬性在一種工件材料中的所占比例很大程度上決定了其可加（jiā）工（gōng）性。相對較軟的低合金鋼表現出很強的粘著趨（qū）向，會導致刀具出現（xiàn）積屑瘤和擴（kuò）散磨損；而韌性鎳基合金的導熱性不良，會（huì）導致切削溫度極高，造（zào）成刀具變（biàn）形和失效（xiào）。

材料屬（shǔ）性對加工結果的（de）影響（xiǎng）

理論上，如（rú）果知道工件的各合金元素的特（tè）定混合比，則可以選擇適當的刀具和切削工（gōng）況以產生可預測（cè）的磨損形式和良好（hǎo）的生產率。但實際情況常常事與願違。對於某些工件材料，所用刀具（jù）和加工參數常常難以獲得完全令人滿（mǎn）意的結果。

原因在於工（gōng）件（jiàn）材料的成分不同。在任何的產品製造中，工件材料的組（zǔ）成元素並非（fēi）完全一致，都存在一定的差異。

為了確認這一（yī）現象，山（shān）高檢（jiǎn）測了一係列（liè）原材料，這些原（yuán）材料名義上都是（shì）相同的工件材料，並在加工前測定了其五種屬性。其中有些屬性完全相同，有些則差別顯著。

當工件的基本屬性不同時，刀具（jù）的切削性能也會不同（tóng），生產率可（kě）能會降低。為了建立一種方法來（lái）識別（bié）這種變化並為改善刀具性能提供方法指（zhǐ）導，山高在本世紀前幾年就與鋼鐵供（gòng）應商和其他金屬（shǔ）加工公司展開了合作，目的是創建一個能夠測定工件屬性並利用測定數據預（yù）測工件可加工性的（de）係統，而且無需考慮車削、銑削和鑽削等具體應用。

可加工（gōng）性分析係統

我們創建（jiàn）的可加工（gōng）性分析係統以（yǐ）定量測定材（cái）料的上述五種屬性為基礎。硬度和導熱性通過標準方法測定。含碳量或硬度分布（bù）分析可提供磨蝕性數據。在斷屑點測量切屑伸長率（lǜ）能夠定量測定粘著（zhe）趨向，根據材料的（de）拉伸和屈服強度與參考材料的屈服強度之間（jiān）的關（guān）聯公式可衡量應變硬化。

材料屬性數據（jù）點（diǎn）在五點網格（gé）或五角（jiǎo）星中繪製（zhì）出來。低值靠（kào）近五角星中心，高值偏向其邊緣。數據點包圍的區域以圖形方（fāng）式顯示了材料的總趨（qū）向。將材料屬性的五（wǔ）個數據點結果連起來，便會（huì）在五角星網格邊緣內得到一個五邊形。

除了圖形顯（xiǎn）示特定工（gōng）件材料的綜合屬性之外（wài），該係統還能根據五種基（jī）本屬性（xìng）中的每一種屬（shǔ）性（xìng）推薦適用的（de）切（qiē）削材料、槽型及切（qiē）削工況。該係統還說明了典型的刀具（jù）磨損形式。

比如材料有粘著（zhe）趨向時（shí），需要（yào）使用韌性刀具基體以及韌性鍍層、鋒利的切削刃（小圓角半徑）和（hé）大前角，切削工況也偏向於溫度控製（通（tōng）常切削速度足夠高（gāo）以帶走延性切（qiē）屑中的熱量）。刀具磨損（sǔn）形式包括微崩、積屑瘤、剝落及溝槽磨損。

另一方麵，用於切削堅硬材料的刀具應該采（cǎi）用堅硬或韌性基體（取決於進（jìn）給率（lǜ））、小前角切削刃（rèn）以及低進給率和小切深。典型的刀具磨（mó）損（sǔn）包括塑性變形、崩刃（rèn）和斷裂。

加工容易應變硬化（huà）的材料時（shí），需要選用韌性大、刀尖半徑小以（yǐ）及切削刃幾何角度合（hé）適的刀具，並（bìng）選擇低切削速度、高進給率和大切深。主（zhǔ）要刀具失（shī）效模式包括塑性（xìng）變形、崩刃和溝槽磨損。

高溫合金等材料的導熱（rè）性（xìng）差，要求刀具具有高抗壓強度、大（dà）前（qián）角和強壯的切削刃。通常采用低切削速度和進給率，刀具失效形式（shì）可能表現為塑性變形（xíng）或高磨（mó）損速率。

最後，用於加工磨蝕性（xìng）工件的刀具毫無疑問應該設計有耐磨蝕基體和強壯切（qiē）削刃。適合采用低（dī）進給率、低切削速度和大切深。磨損形式包括後刀（dāo）麵磨損、月牙窪磨損（sǔn）和溝槽磨損。

對於特定的工件材（cái）料，該分析係統顯示了材料的（de）綜合（hé）屬性，重點體現了屬性的相互影響。

工藝調整

當（dāng）初始（shǐ）加工（gōng）結果（guǒ）未達到預期時，可以使用（yòng）這種綜合方法，它（tā）能調整刀具和切削參數，從而獲得所需結（jié）果。例如，如果預（yù）計材（cái）料具有高粘著趨向，則會產生長切屑。但是，如果切屑比預期的偏長或偏短，表示粘著趨向大於或弱於最初的判斷。查看五角（jiǎo）星分析圖，或者（zhě）隻需要知道其他屬性的性能影響指標，便能幫助機床技工（gōng）調整刀具特性和切削參數，以適應工件的實際屬性。這就如同調整蛋糕配方中的成分以（yǐ）解決第一次烘焙操作不如（rú）意的情況。

根（gēn）據材料的成分和結構（gòu）對工件材料進行分類（比如美國 ANSI 和歐洲 ISO 標準）是有幫助的。但這（zhè）隻是（shì）開發加工工藝的起點，因為即使是同（tóng）一類（lèi）材料或單獨的工件，其屬性也可能有（yǒu）所不同。例如，不鏽（xiù）鋼定義為含鉻量不低於 12% 的合金鋼。但是有些不鏽鋼含鉻量更高，而且生產的不穩（wěn）定性（xìng）會進一步改變合金成分。即使全是不鏽鋼，加（jiā）工不同的成分時切削（xuē）行為也會不（bú）同，因為成分和結（jié）構不同（tóng）。

五（wǔ）角星係統不是簡單地對工件材料進行分類（lèi），而是提供實用的幫助或指導，它能使機床技（jì）工（gōng）了解刀具的預期性能和實際性能。該（gāi）係統並（bìng）不（bú）是說明（míng）工件（jiàn）材料的好與壞（huài），而是以（yǐ）圖示方式說明了不同（tóng）的屬性組合如何改變工件與切削刃之間的相（xiàng）互作用。關鍵（jiàn）是找到最適合工（gōng）件（jiàn）材料屬性的刀具屬性組合。

結論（lùn）

加工的（de）目標是（shì）生產合格零件並實現盈利。工件材料的屬性對（duì）加（jiā）工工藝有著重要影響。因此，最終成本也（yě）會直接或間（jiān）接地（dì）受工件材料的影響。更好地了解（jiě）工件材料的屬性有（yǒu）助於減少加工過程出現問題並提高生產率，從（cóng）而（ér）獲得經濟高效的、盈利可觀（guān）的製造結果。

作者：山高刀具集團（tuán）技術培訓經理 Patrick de Vos

山高總部設（shè）在瑞典法格（gé）斯塔市，致力於開發創新的金屬切削解決方案，並與客戶密切合作以（yǐ）全麵理解和專注於滿足（zú）他們的需求，因此譽滿全球。我們在 50 個國家/地區雇用了 5000 多名員工，並（bìng）通過培訓（xùn）、發展和員工認同計劃以（yǐ）及開放的溝（gōu）通環境來提（tí）升我們團隊成員的（de）能（néng）力。我們的員工展現了三（sān）個核心價值觀 – 熱忱待客、家（jiā）庭歸屬感和個人承諾，它（tā）定義了我們的經營之道以及我們與客戶、供應商（shāng）和其（qí）他合（hé）作夥伴之間（jiān）的交往方式。如需了解更多信息（xī），請訪問 www.secotools.com。

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