在條件下使用的零件需要用特殊材料制造。這些零件可能是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)大環(huán)或一個(gè)罩子，需要在高達(dá)650℃的高溫下運(yùn)行；或者是用于油田井下的零部件，需要在地下幾百英尺的腐蝕性環(huán)境中工作。
　　
　　因此，航空航天和石油天然氣公司都有許多零部件是由鎳基合金（耐熱超級(jí)合金）制成。為了車(chē)削加工這些材料（包括Inconel合金，Hasloy鎳基合金，Waspaloy合金以及Monel銅鎳合金），制造商應(yīng)該將其注意力牢牢鎖定在貌不驚人的切削刀具——圓刀片上。
　　
　　圓刀片在一些制造部門(mén)也許并未得到充分利用，但在航空航天和石油天然氣行業(yè)，情況卻有所不同。
　　
　　不能加工小半徑轉(zhuǎn)角
　　
　　盡管具有一些重要優(yōu)點(diǎn)，但由于某些原因，圓刀片可能還是對(duì)制造商缺乏吸引力：一個(gè)原因是它不能用于加工小半徑轉(zhuǎn)角，例如，直徑12.7mm的圓刀片不能車(chē)削半徑為0.1mm的90°轉(zhuǎn)角，因?yàn)樗膠ui小轉(zhuǎn)角半徑為12.7mm。
　　
　　由于圓刀片不能加工小半徑轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致不少零件制造商及其編程人員采用其它形狀的刀片。山特維克可樂(lè)滿公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)BillTisdall介紹說(shuō)，“由于CNMG方刀片兼具加工靈活性和良好的切削刃強(qiáng)度，因此成為許多加工編程人員的。這種刀片既可以進(jìn)行外徑車(chē)削、表面車(chē)削、外表面仿形車(chē)削，也可以車(chē)削加工方肩。而采用圓刀片，雖然可以進(jìn)行所有其它加工，但不能進(jìn)行方肩車(chē)削。”（外表面仿形是一種將朝向卡盤(pán)的Z軸運(yùn)動(dòng)與偏離工件中心線的X軸運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)的加工運(yùn)動(dòng)）。
　　
　　此外，據(jù)山高刀具公司車(chē)削產(chǎn)品DonGraham介紹，圓刀片不太適合加工復(fù)雜輪廓（如凹槽），也不能加工出與其幾何形狀不符的輪廓。
　　
　　zui后，與直刃刀片相比，圓刀片可能更容易損壞工件。與直刃刀片具有較小的刃尖半徑不同，圓刀片具有相對(duì)較大的刀尖半徑。而較大的刀尖半徑意味著與加工表面的接觸面積更大，從而引起更大的切削力。刀具制造商Greenleaf公司應(yīng)用工程師DaleHill說(shuō)，當(dāng)工件的夾持剛性較差、刀具懸伸量較大，或加工具有較薄截面的工件特征時(shí)，較大的刀尖半徑可能會(huì)產(chǎn)生不利的影響，包括造成工件變形和振動(dòng)。因此，如果零件制造商希望成功地使用圓刀片，就必須使機(jī)床和工件夾持剛度zui大化。
　　
　　使用圓刀片的理由
　　
　　盡管如此，圓刀片仍然具有應(yīng)用價(jià)值：與其它形狀的刀片相比，它的強(qiáng)度更高，并且可以采用更高的進(jìn)給率（可比其它類(lèi)型刀片提高20%），從而大大彌補(bǔ)了它在某些加工中的缺點(diǎn)。
　　
　　提高進(jìn)給率所節(jié)省的時(shí)間意味著可以節(jié)省加工費(fèi)用。Tisdall說(shuō)，“（通過(guò)采用圓刀片）在刀具加工壽命方面可以節(jié)省的費(fèi)用是驚人的。”實(shí)際加工成本的降低取決于車(chē)間的經(jīng)常性開(kāi)支、年產(chǎn)工件數(shù)量以及單件加工時(shí)間的縮短。
　　
　　據(jù)Graham估計(jì)，圓刀片的進(jìn)給率可比其它類(lèi)型刀片提高20%，這取決于圓刀片的斷屑槽。斷屑槽可以根據(jù)不同的進(jìn)給率來(lái)設(shè)計(jì)。他以一種具有零前角和槽型較寬的斷屑槽為例，說(shuō)明這種圓刀片可比具有正前角和較窄槽型的刀片采用更大的進(jìn)給率。
　　
　　圓刀片可以采用較大的進(jìn)給率是因?yàn)槠鋷缀涡螤顝?qiáng)度zui高?？霞{公司加工技術(shù)工程師FrankBattaglia說(shuō)，“切削刃的刀刃夾角越大，刀片本身的強(qiáng)度就越高。”他對(duì)具有不同刀刃夾角的各種刀片（夾角為100°、90°、80°和60°的刀片直到夾角為35°的VNG刀片）進(jìn)行了比較，“當(dāng)?shù)镀瑠A角依次減小時(shí)，從刀片的一邊到另一邊的橫截面積也依次縮小。而圓刀片實(shí)際上可使從切削刃一邊到另一邊的橫截面積zui大化。”他補(bǔ)充說(shuō)，“對(duì)于圓刀片而言，切削刃受力處背后有更多的材料可以吸收切削力。”較高的強(qiáng)度使圓刀片在批量粗車(chē)加工鍛件和鑄件時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異，也使圓刀片比其它類(lèi)型的刀片更不容易崩刃和破損。
　　
　　此外，圓刀片的高強(qiáng)度和較長(zhǎng)的壽命意味著它更適合車(chē)削加工在航空航天、石油天然氣行業(yè)常見(jiàn)的大型工件。山特維克可樂(lè)滿的Tisdall說(shuō)，“在各種形狀的刀片中，圓刀片提供了*的刀具壽命和強(qiáng)度，因此，如果需要車(chē)削非常長(zhǎng)的工件，采用一個(gè)圓刀片就能加工完整個(gè)長(zhǎng)度。如果采用帶角度的刀片，由于刀具壽命通常較短，因此必須在切削中途進(jìn)行刀片轉(zhuǎn)位”。
　　
　　Graham說(shuō)，“在航空航天業(yè)，通常需要加工一些大型鍛件。”例如，為了用直徑1220mm（厚度和寬度均為150mm）的毛坯車(chē)削加工出一個(gè)直徑1016mm（厚度12.7mm，寬度50.8mm）的環(huán)，需要切除大量的材料，“此時(shí)，圓刀片非常有用，因?yàn)槟憧梢圆捎煤艽蟮那邢饔昧靠焖偃コ罅抗ぜ牧稀?rdquo;
　　
　　選用正前角還是負(fù)前角？
　　
　　在加工鎳基合金時(shí)，零件制造商必須考慮是采用帶負(fù)前角、零前角還是正前角的圓刀片。根據(jù)Graham的看法，石油和天然氣行業(yè)的零件制造商通常更愿意采用帶負(fù)前角或零前角的圓刀片，因?yàn)檫@種角度可以提供更高的強(qiáng)度。這些企業(yè)也喜歡采用結(jié)實(shí)耐用的重載斷屑槽。
　　
　　Greenleaf公司的Hill補(bǔ)充說(shuō)，負(fù)前角特別適合斷續(xù)車(chē)削。“當(dāng)圓刀片切入工件時(shí)，大部分切屑會(huì)沖擊刀片的頂面，而該處正是圓刀片強(qiáng)度zui高的區(qū)域。因此，在斷續(xù)車(chē)削時(shí)，是用刀具強(qiáng)度zui高的區(qū)域來(lái)應(yīng)對(duì)zui惡劣的加工狀況。”
　　
　　然而，負(fù)前角往往會(huì)產(chǎn)生較大的切削力，而這可能對(duì)一些特定的加工不利。為此，Hill推薦了正確的刀具幾何形狀，“在可能的情況下采用負(fù)前角刀片，因?yàn)樗哂懈叩膹?qiáng)度和更好的經(jīng)濟(jì)性——負(fù)前角刀片通常都是雙面刀片，具有更多切削刃可供使用。而在比較關(guān)注表面光潔度、刀具受力或積屑瘤的情況下，則應(yīng)采用正前角刀片。”
　　
　　刀具制造商ATISlram公司產(chǎn)品（車(chē)刀、螺紋刀具、切槽刀具）MartinGardner也同意Hill的看法。他推薦在這種加工中可以使用7°正前角的RCMT圓刀片，“這也許是在此類(lèi)加工中zui常用的刀片。它們被用于輪廓仿形加工和窄槽加工。”他還指出，圓刀片切削刃的鈍化量不必過(guò)大，否則會(huì)產(chǎn)生較大切削力。
　　
　　涂層與不涂層
　　
　　除了考慮圓刀片的幾何角度以外，航空航天和石油天然氣行業(yè)的零件制造商還必須考慮是否采用涂層刀具。
　　
　　首先需要考慮硬質(zhì)合金刀具材料的組織結(jié)構(gòu)。Gardner推薦采用亞微米晶粒的硬質(zhì)合金基體用于無(wú)振動(dòng)的連續(xù)切削。山高刀具公司的Graham對(duì)此表示贊同，“微米晶粒的硬質(zhì)合金可以提高耐磨性和抗變形能力，在加工鎳基合金時(shí)，后者顯得尤其重要。切削鎳基合金時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量切削熱和切削壓力。鋼在紅熱狀態(tài)下會(huì)軟化，而鎳基超級(jí)合金在紅熱狀態(tài)下仍能保持其強(qiáng)度和硬度。因此，即使在紅熱狀態(tài)下，鎳基合金仍然會(huì)對(duì)刀片施加很大壓力。”
　　
　　Graham推薦，在加工硬度大于HRC32的高溫合金時(shí)，刀具應(yīng)采用PVD涂層（而不是CVD涂層），因?yàn)镻VD涂層通常較薄，能更好地保持刀具切削刃的鋒利度。他補(bǔ)充道，為了防止加工鎳基合金時(shí)常見(jiàn)的其它失效形式，如磨損、積屑瘤和月牙洼等，PVD涂層也是，因?yàn)槠淠湍バ愿谩２贿^(guò)，在加工較軟的超級(jí)合金（如Inconel600）時(shí)，則應(yīng)選用CVD涂層，因?yàn)榇藭r(shí)刀片的主要失效形式是月牙洼磨損，而較厚的CVD涂層能更有效地防止月牙洼磨損。
　　
　　山特維克可樂(lè)滿的Tisdall則推薦在大多數(shù)加工中通常應(yīng)采用CVD涂層圓刀片。“由于CVD涂層通常比較厚，因此可以提供更長(zhǎng)的刀具壽命和更高的切削速度。”至于CVD涂層比PVD涂層更容易產(chǎn)生刻劃磨損是CVD工藝本身的問(wèn)題。Tisdall認(rèn)為，CVD工藝會(huì)在刀片的硬質(zhì)合金基體中產(chǎn)生η相，從而消耗掉基體中用于抵抗刻劃磨損的鈷結(jié)合劑，同樣，鈷結(jié)合劑的消耗也會(huì)削弱硬質(zhì)合金基體。
　　
　　雖然如此，Tisdall還是寧愿在加工超級(jí)合金時(shí)采用CVD涂層圓刀片，“圓刀片幾何形狀的強(qiáng)度和減薄切屑效應(yīng)彌補(bǔ)了切削刃的內(nèi)在弱點(diǎn)。而采用帶頂角的刀片——CNMG、DNMG或VNMG刀片與小導(dǎo)角刀具相結(jié)合加工超級(jí)合金時(shí)，采用PVD牌號(hào)則更合適。”
　　
　　Tisdall說(shuō)，“另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，涂層可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間粘附在切削刃線上。你zui不想看到的是，當(dāng)加工完一個(gè)大型航空零件后，卻發(fā)現(xiàn)由于刀片涂層已在切削過(guò)程中破損，而使零件加工尺寸不正確。你或者不得不設(shè)法返工補(bǔ)救，或者在只好將這個(gè)工件報(bào)廢，而這樣會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。”
　　
　　一些航空零件生產(chǎn)企業(yè)仍然寧愿使用未涂層刀片，因?yàn)樗麄儞?dān)心在加工過(guò)程中涂層會(huì)污染工件。ATISlram公司的Gardner說(shuō)，“顯然，他們不愿意使零件受到腐蝕或發(fā)生變形，哪怕很短時(shí)間也不行。關(guān)于涂層擴(kuò)散到母體材料中的問(wèn)題已進(jìn)行了許多研究，但我們從未發(fā)現(xiàn)PVD涂層擴(kuò)散到材料中。盡管如此，一些航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件制造商還是喜歡采用未涂層刀片。”
　　
　　肯納公司的Battaglia認(rèn)為，零件制造商可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，盡管硬質(zhì)合金涂層圓刀片性能不錯(cuò)，但還不足以滿足他們的加工。與陶瓷刀具相比，涂層圓刀片的弱點(diǎn)在于其速度性能明顯受限。他解釋說(shuō)，雖然有時(shí)候需要采用硬質(zhì)合金刀片加工（如因機(jī)床存在局限性或工件夾具需要以較低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，或者對(duì)關(guān)鍵航空零件進(jìn)行zui終精加工時(shí)），但通常明確規(guī)定，硬質(zhì)合金刀片應(yīng)在低速下加工，以避免損壞工件或在工件表面形成“白層”。
　　
　　陶瓷圓刀片
　　
　　Greenleaf公司的Hill認(rèn)為，硬質(zhì)合金刀片（甚至是涂層的亞微米晶粒硬質(zhì)合金刀片）目前還很難與陶瓷刀片并駕齊驅(qū)，“比如說(shuō)，在加工典型的Inconel718合金時(shí)，即使采用我們的*硬質(zhì)合金刀具加工方案，切削速度也只能達(dá)到300sfm，而且這還是輕載精加工而不是粗加工的速度。而陶瓷刀具卻能采用800－900sfm的切削速度。”
　　
　　陶瓷刀片可以如此高的速度進(jìn)行加工，是因?yàn)槠淙廴跍囟冗h(yuǎn)遠(yuǎn)高于它所切削的任何金屬的熔點(diǎn)。例如，一種晶須增強(qiáng)的陶瓷圓刀片（由氧化鋁基體和碳化硅晶體構(gòu)成）的熔點(diǎn)可高達(dá)2000℃以上。由于具有如此高的熔點(diǎn)，因此陶瓷刀片可在*的溫度下抵抗變形和軟化。
　　
　　盡管如此，Battaglia警告說(shuō)，如果采用的切削速度過(guò)高，陶瓷圓刀片仍然會(huì)磨損。此外，他建議對(duì)陶瓷圓刀片的切削刃進(jìn)行鈍化處理（也稱為T(mén)形刃帶倒鈍或刀尖半徑鈍化）。典型的T形刃帶位于前刀面上，寬度為0.05－0.1mm，角度為20°－25°。“如果采用鋒利的切削刃，刃口裂紋很容易擴(kuò)展。如果對(duì)切削刃進(jìn)行了制備，就能將更多切削力引入刀具材料主體，從而抑制裂紋擴(kuò)展，避免切削刃崩刃。”
　　
　　Graham介紹說(shuō)，在現(xiàn)有刀具材料中，CBN刀片能夠采用比陶瓷刀片更高的切削速度（1,000sfm）進(jìn)行加工。
　　
　　謹(jǐn)慎選擇切削用量
　　
　　Gardner認(rèn)為，鑒于圓刀片的強(qiáng)度，需要小心地將其應(yīng)用于工件（甚至是高鎳合金工件）的加工就不足為怪了。例如，圓刀片的zui大切削深度不應(yīng)超過(guò)刀具直徑尺寸的25%。如果超過(guò)了25%，刀具與工件接觸面積過(guò)大，將產(chǎn)生過(guò)大的切削壓力和切削熱，其結(jié)果不是損壞刀片，就是損壞工件。
　　
　　對(duì)于凹槽車(chē)削，為了減小損壞圓刀片或工件的可能性，Tisdall推薦采用不同于插車(chē)和外圓車(chē)削的擺線車(chē)削方式。在插車(chē)和外圓車(chē)削加工中，刀片在切入工件時(shí)要承受很大壓力，并橫向移動(dòng)切削工件材料，直至到達(dá)槽壁位置。刀片承受的壓力可能會(huì)導(dǎo)致崩刃，并造成刀具*失效。而擺線車(chē)削的切削深度較小，Tisdall說(shuō)，“刀片切入工件很淺，只需采用較小的切深，在向槽壁位置切削時(shí)，刀片與工件的接觸長(zhǎng)度也不大。”
　　
　　Tisdall還描述了一種插車(chē)和外圓車(chē)削的“滾入法”。作為一種數(shù)控編程加工技術(shù)，該方法在刀片退出插切時(shí)引入了一個(gè)半徑。“這是保持刀片與工件接觸而不會(huì)向一個(gè)不同的方向突然運(yùn)動(dòng)的另一種方式。比如說(shuō)，刀片從Z軸方向插切進(jìn)入，然后轉(zhuǎn)向X軸方向，并沿著X軸移動(dòng)切削，這將使刀片承受很大的切削壓力。為了減小作用于刀片上的壓力，我們?cè)诖瞬捎昧艘粋€(gè)轉(zhuǎn)彎半徑。”
　　
　　此外，機(jī)床操作者也可以改變圓刀片的切入角以減小切屑厚度。Gardner說(shuō)，“我們總是希望減薄切屑。當(dāng)通過(guò)改變切入角減薄切屑時(shí)，我們就能提高生產(chǎn)率，減少產(chǎn)生的切削熱。切削產(chǎn)生的熱量越多，摩擦越厲害，工件材料反射回刀具的熱量也越多，將導(dǎo)致刀片燒傷。當(dāng)然，避免刀片過(guò)熱燒傷并不意味著過(guò)于保守地使用圓刀片。
　　
　　圓刀片不能切削小半徑轉(zhuǎn)角，也不適合加工復(fù)雜輪廓，但它具有比其他任何形狀刀片更高的強(qiáng)度，可用于大進(jìn)給切削。通過(guò)采用適當(dāng)?shù)那敖呛秃侠淼那邢鞑呗裕瑘A刀片在完成車(chē)削高鎳合金材料（用于加工在環(huán)境下工作的飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件和油田井下零件）的困難任務(wù)中將會(huì)有的表現(xiàn)。
　　
　　（文章來(lái)源：《工具展望》）