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通常，人們稱加工硬度超過56HRC，或者強(qiáng)度超過Rm>2,000牛頓/平方毫米的鋼鐵材料為硬切削加工。多數(shù)情況下，制模或者鍛模在預(yù)加工之后，要經(jīng)過滲碳或者淬火。在預(yù)加工后，必須預(yù)留一定的精加工余量。尤其是加工帶有球面或環(huán)面形狀的工件時(shí)，硬銑削更顯重要。硬銑削可切削硬度至70HRC的材料，所要求的表面粗糙度通常只有借助于手工拋光才能達(dá)到。這是一道很昂貴的加工工序。為了縮短手工拋光所需的時(shí)間，必須在銑削時(shí)利用具有確定幾何形狀的刀刃。如在HSC加工中，使表面接近于拋光表面的粗糙度：最大為Rz1的表面質(zhì)量。
市場上通用的硬金屬銑刀不適合在這個(gè)范圍內(nèi)切削。解決硬材料的銑削問題，必須滿足一些先決條件。例如，一個(gè)解決方案是，使用由特種硬質(zhì)合金基體材料制成的、具有獨(dú)特的幾何形狀和相應(yīng)的涂層的Horn DS銑刀(圖1)。這意味著刀具必須具備這三個(gè)重要要素。在刀具的制造過程中，必須特別注意這些要素之間的平衡。
圖1
硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金材料主要是由碳化鎢和鈷通過粉末冶金制成。其基體的耐磨強(qiáng)度隨硬度增加而提高。銑削表面硬度超過56HRC的工件時(shí)，只能使用鈷含量<10%和顆粒直徑小于0.7mm的硬質(zhì)合金制成的刀具(圖2)。
圖2
常規(guī)的ISO K-M或P類硬質(zhì)合金刀具不適用于切削更高強(qiáng)度的材料。具有最細(xì)的和超微粉粒度的硬質(zhì)合金，因其硬度、極限強(qiáng)度和韌性高，明顯比常規(guī)的硬質(zhì)合金更加適用。
幾何形狀
在已使用的硬質(zhì)合金銑刀中，只有極少數(shù)可用于硬銑削加工。從機(jī)械加工角度來看，銑刀的諸多因素對硬銑削起著決定性的作用。屬于銑刀幾何形狀的因素有：在微米范圍內(nèi)加工的準(zhǔn)確度和精密度，Horn DS銑刀刀桿必須達(dá)到h5的質(zhì)量等級。尤其是在刀具切削刃的圓弧部分和副切削刃的之間的過度處要平滑、無轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)，以達(dá)到最大的切削穩(wěn)定性(圖3)。
圖3
切削硬工件材料與切削加工傳統(tǒng)的軟材料大不相同，因此對硬銑削加工刀具必須設(shè)計(jì)合適的前角、后角和楔角。
硬切削加工所用的DS型球面、環(huán)面和微型銑刀，只能設(shè)計(jì)成雙刃結(jié)構(gòu)型式。球面銑刀的兩個(gè)主切削刃必須光滑而無過渡段。依據(jù)工件材料和硬度，硬切削銑刀橫向進(jìn)給量最大為ap=0.2毫米。在此時(shí)，四刃銑刀只有兩個(gè)刃在進(jìn)行切削加工。
涂層
約3mm厚的硬涂層可防止硬質(zhì)合金的直接磨損。事實(shí)證明，TiAlN涂層在最高溫度為800℃~ 1,000℃時(shí)應(yīng)用效果良好。與未涂層的硬質(zhì)合金刀具相比，增加硬涂層可提高刀具的表面硬度，并可明顯地降低摩擦系數(shù)。涂層的重要性在三種要素—硬質(zhì)合金、幾何形狀和涂層中與其它要素同等重要。因?yàn)樗c被切削的工件材料直接接觸，因此必須滿足其特殊要求。
刀柄
為了達(dá)到最佳的使用效果，如為使Horn DS銑刀獲得滿意的加工效果，必需選用合適的刀柄。每1mm的徑向跳動(dòng)都會(huì)降低銑刀的耐用度，并會(huì)削弱其使用性能。
帶槽的刀柄或者萬能彈簧卡頭，由于它的徑向跳動(dòng)較大而不適用于硬銑削，使用液壓膨脹襯墊或者收縮襯墊能獲得最佳效果。這就是在刀具和模具制中要使用Horn刀具，而Horn刀具按照DIN 6535 HA標(biāo)準(zhǔn)，都無一例外地設(shè)計(jì)成直圓柱形結(jié)構(gòu)型式的原因。追加的夾緊面會(huì)破壞刀具的精度，并影響其使用性能。
切削
通常，采用HSC加工才有可能對硬度超過56HRC的工件進(jìn)行切削。對此，其限制條件是切削速度和溫度的綜合作用。對于HSC而言，必須在合適的切削速度下測試工件材料的熔點(diǎn)。通常工件材料的熔點(diǎn)高于涂層的最高允許的溫度，所以必須小心謹(jǐn)慎。在此最好的警句是“保持刀具冷卻”。
這意味著一方面與工件的接觸區(qū)必須盡可能小，另一方面必須在確定的速度中完成切削加工，使切削刃來不及發(fā)熱到超過涂層所允許的溫度。
正確檢測轉(zhuǎn)速尤其重要。為此，必須以實(shí)際有效的刀具直徑為基礎(chǔ)。在橫向進(jìn)給量ap=0.1毫米的情況下，直徑為6毫米的球頭銑刀，實(shí)際有效直徑為1.54毫米。為了使切削速度達(dá)到200米/分鐘，轉(zhuǎn)速必需達(dá)到41,000轉(zhuǎn)/分鐘。
加工時(shí)產(chǎn)生的切屑和隨切屑所帶有的熱量必須盡快排除。最佳的方法是通過主軸直接向切削刃吹壓縮空氣。按照工件材料不同，壓縮空氣可夾帶少量潤滑油。如圖4所示，材料為1.2343、硬度為56 HRC的工件，利用少量潤滑油能加工出更好的表面質(zhì)量，因?yàn)榍行疾粫?huì)粘附在切削刃上。對于硬切削加工而言，絕對不能使用乳化液。只是一滴水就可能引起溫度突變，并會(huì)使刀具分解為單一成分。由于溫度突變所引起的硬質(zhì)合金的微小裂紋，將會(huì)導(dǎo)致切削刃開裂。在HSC加工情況下，根據(jù)刀具直徑和轉(zhuǎn)速的不同，這些碎片可能具有相當(dāng)于從輕武器中射出的子彈的能量。
圖4
應(yīng)用
最早為石墨切削而開發(fā)的HSC銑削，不僅意味著高轉(zhuǎn)速和大進(jìn)給量，而且在眾多因素的共同作用下，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
論述對機(jī)床的要求已超出本文所談及的范圍。硬銑削的功率在很大程度上決定于所使用的機(jī)床。總而言之，硬切削的概念是和高速機(jī)械加工分不開的。
