當(dāng)遇到Hastelloy、waspaloy、Inconel和Kovar等難加工材料時，加工知識與經(jīng)驗就顯得非常重要。目前，鎳基合金的應(yīng)用越來越多，主要用于制造航天、醫(yī)療、化工行業(yè)的一些重要零件。這些材料具有很高的強(qiáng)度、耐腐蝕性，并能經(jīng)受極高的溫度。在上述材料中加入了一些特殊元素，可獲得優(yōu)越的性能。但另一方面，也使這些材料變地特別難于銑削加工。 我們知道，在鎳系合金中鎳和鉻是兩個主要添加成分，增加鎳能增加材料韌性，加入鉻可提高材料的硬度，再加上其它成分的平衡，據(jù)此就可以預(yù)測刀具的磨損情況。
添加到材料中的其它元素可能有：硅、錳、鉬、鉭、鎢等，值得注意的是，鉭和鎢也是用來制造硬質(zhì)合金的主要成分，它們能有效地提高硬質(zhì)合金的性能，但是這些元素加入到工件材料中，就使它變地難以銑削加工，差不多像用一把硬質(zhì)合金刀具切削另一把硬質(zhì)合金刀具一樣。
刀具的破損
為什么切削其它材料的銑刀，在銑削鎳基合金時破損較快?搞清楚這一點(diǎn)是很重要的。加工鎳基合金，其刀具費(fèi)用較高，其費(fèi)用為銑削一般鋼材的5～10倍。
毋庸質(zhì)疑，在銑削鎳基合金時，熱量是影響刀具壽命的最重要的因素，因為即使最好的硬質(zhì)合金刀具，也會被過高的切削熱所毀壞。產(chǎn)生極高的切削熱，不僅僅是銑削鎳合金才遇到的問題。所以銑削這些合金時，需要對熱量加以控制。另外，了解應(yīng)用各種形式的刀具(高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具或陶瓷刀具)加工時所產(chǎn)生的熱量值，也是非常重要的。
許多刀具的損壞還與其它因素有關(guān)，不合格的夾具和刀柄都可能縮短刀具壽命。當(dāng)夾緊的工件剛性不足，切削時產(chǎn)生移動時，可能會引起硬質(zhì)合金基體的斷裂。有時會沿切削刃產(chǎn)生小的裂縫，有時還會從硬質(zhì)合金刀片上崩掉一塊，無法繼續(xù)進(jìn)行切削。當(dāng)然，這種崩刃也可能是因為硬質(zhì)合金太硬或切削負(fù)荷太大所致。這時應(yīng)考慮采用高速鋼刀具進(jìn)行加工，以減少崩刃的發(fā)生。當(dāng)然，高速鋼刀具又不能像硬質(zhì)合金那樣承受較高的熱量。究竟采用什么材料，必須根據(jù)具體情況權(quán)衡確定。
在加工開始前，設(shè)法加強(qiáng)夾具的剛性，對以后長時間的生產(chǎn)都會帶來益處。不僅延長了刀具的壽命，而且還提高了工件表面質(zhì)量，減少了加工誤差。
同樣，刀柄選擇不當(dāng)，也會縮短刀具壽命。如把直徑為3.175mm的立銑刀裝在銑刀刀柄里(而不是彈簧卡頭里)，由于緊固螺釘?shù)淖饔茫沟毒吆偷侗g的配合間隙偏到一邊，刀具中心偏離刀柄回轉(zhuǎn)中心，使銑刀工作時的徑向跳動增加，致使銑刀每個刀齒的切削負(fù)荷不均衡。這種切削狀態(tài)對刀具很不利，特別是在銑削鎳基合金時更加突出。 通過使用改善了刀具裝卡偏心度的刀柄，如液壓卡頭、熱裝卡頭，能使切削作用更均衡、更平穩(wěn)，減少了刀具磨損，提高了表面質(zhì)量。選擇刀柄時應(yīng)遵循一個原則，就是刀柄要盡可能的短。這些對刀具和工件的夾持要求，對銑削任何材料都適用，而當(dāng)銑削鎳基合金時，還需要盡可能采用先進(jìn)的加工經(jīng)驗。
刀具的使用
不管刀具設(shè)計得如何，或用什么材料制成，刀具的制造商都應(yīng)該提供切削速度和每齒進(jìn)給量的初始值。如果沒有這些數(shù)據(jù)，就應(yīng)該向制造廠家的技術(shù)部門咨詢。廠商應(yīng)該熟知他們的產(chǎn)品在進(jìn)行全寬度開槽銑削、外廓銑削、插銑或斜坡銑削時的能力如何，因為許多標(biāo)準(zhǔn)銑刀大多數(shù)不能完成這樣多的加工工序。比如，如果銑刀沒有足夠大的第二后角，則斜坡銑削的斜角就要減小。
很明顯，如果超出刀具的加工能力，將導(dǎo)致刀具的損壞。插銑也是一樣，如果不能將切屑及時地從槽底排出，切屑將會受到擠壓，之后刀具也將損壞�？傊娤骷庸じ邷睾辖饡r，這些情況對刀具壽命都是不利的。 如果認(rèn)為減慢進(jìn)給速度可延長刀具壽命，那么事實證明，這種觀點(diǎn)是錯誤的。典型的例子就是在切第一刀時，會發(fā)現(xiàn)材料相當(dāng)硬。如果把進(jìn)給量減小(如可轉(zhuǎn)位銑刀的每齒進(jìn)給量減至0.025～0.5mm)，刀具切削刃將強(qiáng)烈地摩擦工件，結(jié)果是刀具很快或是立即損壞。摩擦能引起工件表面的加工硬化，為避免加工硬化，切第一刀時應(yīng)保持一定的切削負(fù)荷(0.15～0.2mm/每齒進(jìn)給量)。
切削深度取決于多種因素，如刀具設(shè)計，刀片高度、卡具剛性、刀具總長、機(jī)床馬力等。但當(dāng)?shù)毒叩暮蠼呛颓敖菫?°～11°正值時，最適于加工粘度大的材料。立銑刀的螺旋角應(yīng)該在35°～50°之間。這些銑刀的傾斜刀刃有鋸削作用，能形成理想的切屑并帶走切削熱。
當(dāng)然，銑削鎳基合金時，選擇適當(dāng)?shù)那邢魉俣纫卜浅Ｖ匾�。它決定了在切削區(qū)產(chǎn)生熱量的多少。推薦的速度范圍從較低的12～15m/min(對高速鋼銑刀)到23～37m/min(對硬質(zhì)合金銑刀)，再到180～245m/min或更高(對陶瓷銑刀)。增加進(jìn)給量和切削深度也會增加切削熱，因相應(yīng)地增加了切削力和刀具與工件的接觸面積。
根據(jù)銑削鎳基合金時的應(yīng)力和切削力，應(yīng)選擇由亞細(xì)顆粒硬質(zhì)合金作為銑刀刀片的基體，并采用帶有耐熱性能的氮鋁鈦涂層。使用這類硬質(zhì)合金牌號的刀片進(jìn)行銑削加工，可取得很好的加工效果。在較低的切削速度下，采用碳氮化鈦涂層進(jìn)行加工，其效果也不錯。 如果在加工中，刀具使用不當(dāng)，即使用最好的基體和涂層，也不會取得好的加工效果。比如，在零件上要銑出一個深度為3.8mm的槽，想分三次走刀加工出來。一般在這個加工過程中CAM系統(tǒng)將顯示為三次切深都一樣。由于工件重復(fù)地接觸刀具上同一部位，最終相同的切深將使涂層上產(chǎn)生一個缺口，一旦這個缺口劃穿了涂層，就會損傷基體，致使刀具損壞。因此在銑削加工中，選取適當(dāng)?shù)那邢魃疃?一般在0.5～0.75mm)，在銑削時，防止工件重復(fù)接觸刀片同一部位，這樣才能延長刀具的壽命。
切削熱的影響
在銑削鎳基合金時，會產(chǎn)生大量的切削熱。所以在加工時，應(yīng)用充分的冷卻液將切削區(qū)淹沒，這對小直徑銑刀容易實現(xiàn)，但對大直徑刀具(如面銑刀)，切削時就不可能全部淹沒，只能關(guān)掉冷卻液，采用干銑方式。
當(dāng)銑刀不能被冷卻液覆蓋時，熱量在刀片上快速傳入、傳出，導(dǎo)致產(chǎn)生許多垂直于切削刃的很小裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)展，最終就會引起硬質(zhì)合金碎裂。 有些場合可使用比較小的銑刀，加工時不用冷卻液，如果刀具切削正常且刀具壽命有所改善的話，說明也能進(jìn)行有效的干銑。
因為醫(yī)療和航天工業(yè)中的零件常用鎳基合金制造，使這種材料通常都附有認(rèn)證文件，在這些文件中給出了這種特殊材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使我們在加工時可以知道銑的是什么材料。而應(yīng)注意的是如何根據(jù)這類材料的成分選用適當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)和切削方法。
正如前面所提到的，這一組金屬的兩個主要元素是鎳和鉻。當(dāng)金屬冶煉廠調(diào)整每種金屬的百分比含量時，其耐蝕性、強(qiáng)度、硬度等特性都會改變，同樣它的可加工性也會隨之變化。
設(shè)計切削堅韌或硬質(zhì)工件的刀具并不難，但要設(shè)計出二者兼?zhèn)涞逆嚮辖鸬毒邊s是不容易。對于這些合金你可能有自己的叫法，但只要你了解它的成分并使用適當(dāng)?shù)牡毒�，你就可順利地銑削像Corp20、Rene41和Haynes242這樣的材料。
