加工粉末金屬就像加工純磨蝕。Gerlach Machine的主管Charles Gerlach這么認(rèn)為。Gerlach Machine位于俄亥俄州的Hery大街，這是一個(gè)被玉米田地和精巧的農(nóng)舍所包圍的小城鎮(zhèn)。Gerlach先生的車間自二十世紀(jì)80年代以來(lái)專門加工粉末金屬零件。那些附近的玉米田地里的土壤有些類似于粉末金屬，因?yàn)樗菭I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)原料的混合物，它們混合在一起為農(nóng)民們希望獲得豐收的農(nóng)作物提供基礎(chǔ)。按照這種思路，粉末金屬零件就是微小的金屬與合金元素（認(rèn)為滑石粉很�。┙M成的混合物，當(dāng)把它們壓緊在一起并加熱后，就形成了一個(gè)接近最終形狀的元件。
不幸的是，對(duì)于粉末金屬制模工，二次加工操作通常需要將零件制成最終形狀。在此階段，粉末金屬零件會(huì)具有明顯的硬度等級(jí)，就切削性而言，這還不是很嚇人（例如，30Rc）。但是，這些單獨(dú)的粉末保持它們各自的硬度——可能是50Rc或者更高——即使在零件被模塑之后。切削這些材料的刀具將穿過(guò)非常小、非常硬的微粒來(lái)切削——實(shí)際上，它就是純磨蝕。
結(jié)果導(dǎo)致過(guò)度的且常常不可預(yù)料的刀具磨損，例如刀刃毀壞。加工這種材料的成功或失敗主要取決于切削刀具的選擇和應(yīng)用。
為什么要用粉末金屬？
在最新的汽車設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的粉末金屬零件的數(shù)量持續(xù)上升。實(shí)際上，這些零件目前正被應(yīng)用于更多的引人注目的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置應(yīng)用。雖然粉末金屬零件已經(jīng)成為汽車業(yè)的心愛(ài)之物，但是對(duì)于必須加工出最終成品的車間來(lái)說(shuō)，它們依然是一個(gè)惡魔。
Gerlach Machine起初并未打算專門致力于粉末金屬的加工。車間的中西部地區(qū)曾經(jīng)不得不做大量的這類加工。許多當(dāng)?shù)氐姆勰┙饘僦颇９ぴ?5年前進(jìn)入公司來(lái)加工一些不能由成型工藝制造出來(lái)的零件特征。這些早期零件中的許多都只需要鏜孔操作以使內(nèi)徑達(dá)到容許公差或者攻絲操作，因?yàn)椴荒茉谀＞咧行纬陕菁y。
在很多情況下，車間所加工的粉末金屬零件的外徑被模塑成最終形狀。這就是為什么這些材料對(duì)于齒輪零件格外具有吸引力的原因，因?yàn)樗恍枰獋鹘y(tǒng)的滾削工序來(lái)形成齒輪齒。接著可以對(duì)模制齒進(jìn)行感應(yīng)淬火以增加其耐磨性，而中心部分保持柔軟以減少在操作期間破裂的可能性。
由于成型工藝的局限性，諸如螺紋等其他零件特征需要二次加工。盡管能夠模塑出與模具的壓縮軸相平行的孔，但是跨孔（與壓縮軸相垂直的孔）和零件周圍的凹槽則不能被模塑而成。零件壁能夠被模塑得多薄也有限制。此外，可能需要機(jī)械加工以達(dá)到最新的汽車零件所需的更緊公差和更好的表面光潔度。
有關(guān)刀具的考慮事項(xiàng)
大多數(shù)粉末金屬零件需要車削和攻絲操作而不是銑削，這就是為什么Gerlach先生的車間里CNC車床比銑床多的原因。因?yàn)榉勰┙饘倭慵咏罱K形狀，所以通常不需要強(qiáng)力粗切削。因此，合適的刀具與半精加工和精加工任務(wù)密切相關(guān)。對(duì)于車削操作，Gerlach先生主要使用Valenite公司（Madison Heights，密歇根州）提供的金屬陶瓷刀片。這些刀片實(shí)際上沒(méi)有卷邊，以便提供非常鋒利的刀刃和自由切削作用，Gerlach先生發(fā)現(xiàn)這些對(duì)于車削粉末金屬零件頗為有效。
在某些情況下，粉末金屬零件在機(jī)械加工之前會(huì)通過(guò)熱處理或感應(yīng)淬火得以硬化。經(jīng)感應(yīng)淬火的零件可能需要經(jīng)過(guò)精加工，因?yàn)榧庸っ娴馁|(zhì)量曾發(fā)生了改變。對(duì)于這些淬硬的零件，車間更可能使用立方氮化硼（CBN）刀片，它們通常用于最堅(jiān)硬的車削應(yīng)用。這些CBN刀片具有最小的倒棱，因此它們的刀刃盡可能的鋒利。
對(duì)于攻絲，車間已經(jīng)采用氮化鈦涂層螺絲攻，并且它已經(jīng)在過(guò)去20年里不用冷卻液來(lái)加工螺紋了。它還設(shè)法使用一些配備有鼓風(fēng)裝置的機(jī)床進(jìn)行銑削和干車削，鼓風(fēng)裝置更多地用于切屑控制而非保持刀具的刀刃冷卻。無(wú)冷卻液加工意味著切屑保持干燥，在加工后比較不容易粘附到零件上。但是更重要的是，干加工減少了加工后零件生銹的可能性。
生銹是粉末金屬零件的固有問(wèn)題，這是因?yàn)椴牧系亩嗫仔院透哞F含量。因此，車間不僅通常進(jìn)行干加工，而且大部分零件在加工后立即浸入油槽中以防氧化。Gerlach先生指出，在某些情況下，鐵銹似乎幾乎在加工后立即出現(xiàn)。這可能意味著鐵銹不知何故已經(jīng)在成型工藝中出現(xiàn)了并且殘留在模制零件內(nèi)部。車間可以將一個(gè)預(yù)制的零件斷成兩半，檢查零件中心內(nèi)是否出現(xiàn)鐵銹，以確定造型工藝中是否存在問(wèn)題。
由于加工粉末金屬容易產(chǎn)生在加工表面產(chǎn)生小孔，多數(shù)零件需要立即浸入到油中以防止氧化。
在某些情況下，車間在加工期間使用合成冷卻液。一種情況是需要高壓操作如拋光來(lái)增加關(guān)鍵特征的表面光潔度。另一種情況是看是否存在高材料切削率，這時(shí)大量熱量會(huì)被轉(zhuǎn)移到零件中。氮冷卻液可能是另一種可行的選擇，車間目前正在檢查這些系統(tǒng)。
注意偏置
Gerlach先生承認(rèn)車間如何對(duì)新安裝的刀具進(jìn)行偏置沒(méi)有什么奇特之處。操作員安裝刀具，根據(jù)假設(shè)的切削深度稍微后退一點(diǎn)，加工零件，測(cè)量零件然后按照先前的切削與規(guī)定值相差的量向前調(diào)節(jié)刀具偏置。
但是，粉末金屬零件的磨蝕特性意味著一旦這些新刀具安裝好之后，就必須不斷地監(jiān)視并調(diào)節(jié)它們的偏置，以補(bǔ)償?shù)毒吣p。這就是為什么車間要在機(jī)床上對(duì)它切削的每個(gè)粉末金屬零件進(jìn)行百分之百檢查的原因（這些零件中的大部分具有0.001英寸的總公差）。百分之百檢查這一舉措不僅有助于保證質(zhì)量，而且因?yàn)楫?dāng)必須改變偏置或者必須更換刀具時(shí)，它會(huì)提醒車間。車間的Zeiss Eclipse CMM用于抽查那些無(wú)法在車間真實(shí)測(cè)量的關(guān)鍵特征（例如特征與特征的相對(duì)位置）。
對(duì)于它的某些機(jī)床，車間依靠它的機(jī)床操作員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)跟蹤零件測(cè)量，并且在必要時(shí)向控制器輸入合適的新偏置量以補(bǔ)償?shù)毒吣p。其他機(jī)床已做了修改以加速更新偏置的過(guò)程。
公司最新購(gòu)買的CNC車床是兩臺(tái)Eurotech Famar Pronto 5反向立式卡盤(pán)車床。這些機(jī)床上已經(jīng)裝配了一套電子按鈕，它們通過(guò)電線連接到Siemens Sinumerik 840D控制器上，使操作員甚至不用看控制屏只需一按就可以改變偏置。每個(gè)刀具有兩個(gè)按鈕——一個(gè)用于增加刀具偏置，另一個(gè)用來(lái)減少偏置。分配給每把刀具的每個(gè)＋或－按鈕為每次按鈕按壓賦予一個(gè)特定的偏置值。這些增量非常�。ㄍǔＪ�0.0002英寸）以減少操作員對(duì)刀具磨損補(bǔ)償過(guò)度的的可能性。
連接到該反轉(zhuǎn)立式機(jī)床控制器上的按鈕使操作員即使不看控制屏也能改變刀具偏置。每按壓一次按鈕將使刀具偏置增加或減少預(yù)定的距離。
按鈕偏置法節(jié)約了時(shí)間，它無(wú)需從機(jī)床的控制屏導(dǎo)航來(lái)輸入偏置值。它還消除了操作員鍵入錯(cuò)誤偏置值的可能性。最大偏置值存儲(chǔ)在控制器內(nèi)以防如果輸入了很大的一個(gè)偏置值（按壓按鈕很多次）而導(dǎo)致碰撞現(xiàn)象發(fā)生。
車間在這些反向立式機(jī)床上執(zhí)行最大量的工作。在這種方式下，它能夠利用機(jī)床的獨(dú)特性能來(lái)把它們的主軸用作它們的零件裝載機(jī)，這樣就消除了人工裝載，大大提高了生產(chǎn)量。
二次加工
除了機(jī)械加工以外，粉末金屬零件還需要額外的工序，例如珩磨、珠粒噴砂或磨削。車間內(nèi)部具備陶瓷介質(zhì)滾磨能力。很多粉末金屬零件需要該操作來(lái)去除毛刺，由于材料的多孔性，毛刺是粉末金屬零件的典型問(wèn)題。去除動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)零件上的毛刺尤為重要，因?yàn)槿绻薪饘偾邢髟谒囊簤合到y(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)裝置將不能運(yùn)轉(zhuǎn)很久。
行業(yè)變化
用于加工粉末金屬零件的材料和生產(chǎn)過(guò)程在發(fā)生變化，粉末金屬制模工開(kāi)發(fā)出新的混合物，添加劑和加工工藝。加工該材料的工藝也可能將在今后繼續(xù)變化。Gerlach先生注意到了一個(gè)趨勢(shì)，即某些粉末金屬制模工將二次加工工作拿回廠內(nèi)。因此，車間每天都遇到新工作。這些工作不僅僅是粉末金屬加工，它們還包括其他工作，例如加工鋁鑄件和擠壓件。
明智地加工
Valenite的銷售工程師Dennis Weaver已經(jīng)關(guān)注了粉末金屬行業(yè)在過(guò)去25年里的發(fā)展。在此，他針對(duì)切削這樣的磨料提出了一些關(guān)于刀具和加工的通用要訣：
（1）金屬陶瓷、硬質(zhì)合金和CBN是加工粉末金屬的三項(xiàng)主要刀具選擇對(duì)象。金屬陶瓷可能是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇，特別是當(dāng)車間有多種相對(duì)小量的加工任務(wù)時(shí)，它尤其合適。對(duì)于非常大量的加工，更昂貴的CBN（成本幾乎是金屬陶瓷的10倍）是更好的選擇，特別是如果工作需要緊公差和表面光潔度時(shí)。高零件硬度也要求使用CBN。就成本而言，硬質(zhì)合金與金屬陶瓷相當(dāng)，它對(duì)于間歇切削能執(zhí)行得更好。帶有TiCN或TiAlN PVD涂層的硬質(zhì)合金對(duì)于連續(xù)和間歇切削加工都能工作得很好，特別是在鋒利刀刃很重要的應(yīng)用場(chǎng)合下。
（2）某些車間使用典型的負(fù)傾角珩磨刀片取得了良好的結(jié)果。其他車間使用有助于盡量減小毛刺形成的正傾角鋒利刀片從而取得了更好的成功。零件越軟，鋒利刀刃就越有利于預(yù)防毛刺。
（3）由于鐵銹和材料的多孔性，只有當(dāng)完全有必要的時(shí)候才使用冷卻液。有這種必要的應(yīng)用場(chǎng)合包括要求尺寸恒定性或者有非常高的表面光潔度要求。在執(zhí)行會(huì)導(dǎo)致熱量累積的粗切削時(shí)，也應(yīng)該使用冷卻液。
（4）雖然沒(méi)有材料能與粉末金屬作嚴(yán)格的同類比較，但是將它看成類似于球墨鑄鐵有助于處理粉末金屬，因?yàn)閮煞N材料都有磨損性。但是因?yàn)槿藗儽仨毧紤]到粉末金屬的微小單個(gè)微粒具有比整個(gè)零件更高的硬度等級(jí)，所以應(yīng)該在開(kāi)始時(shí)采用更低的速度和進(jìn)給量。 |
