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金剛石刀具、人才需同步前進(jìn)

發(fā)布時(shí)間:2015-05-18 21:33:04
    刀具是一門(mén)復雜的學(xué)科,現代切削技術(shù)是在材料科學(xué)、裝備制造技術(shù)和信息技術(shù)等學(xué)科和技術(shù)發(fā)展的基礎上形成的,其覆蓋的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域已遠遠超出了傳統切削技術(shù)專(zhuān)業(yè)的范疇,專(zhuān)業(yè)人才的結構也相應有較大的變化。尤其是硬質(zhì)合金、超硬刀具材料和涂層工藝在現代切削技術(shù)中具有的重要地位,必須引進(jìn)新的專(zhuān)業(yè)人才。
    
由于在大學(xué)本科的專(zhuān)業(yè)設置中已沒(méi)有金屬切削和刀具專(zhuān)業(yè),大量新進(jìn)的本科大學(xué)生普遍缺乏切削技術(shù)和刀具的專(zhuān)業(yè)基礎知識,而切削技術(shù)和刀具的基礎知識是刀具行業(yè)的看家本領(lǐng),不只是搞刀具設計和開(kāi)發(fā)的人員需要,而且搞材料開(kāi)發(fā)的、搞涂層牌號開(kāi)發(fā)的、甚至搞營(yíng)銷(xiāo)的都要具備,要能用切削技術(shù)和刀具的基礎知識從刀具的切削效果中分析出存在的問(wèn)題、改進(jìn)的方向和創(chuàng )新的切入點(diǎn)。
    
由此可以看出,一支復合型的數控工具行業(yè)人才隊伍對整個(gè)行業(yè)的發(fā)展而言至關(guān)重要。伴隨著(zhù)企業(yè)的轉型,還要培養一支具有切削加工工藝系統知識的現場(chǎng)服務(wù)工程師隊伍,做營(yíng)銷(xiāo)人員的技術(shù)支撐。
  這是由于刀具知識涵蓋面很廣,要培養出一個(gè)熟練的人員一般都需要在本行業(yè)從業(yè)六七年以上,而因為生活的壓力,難有年輕人能堅持下來(lái)。
    
先進(jìn)刀具助力高速加工
       我們知道,根據被加工材料的不同,也需要相應的刀具進(jìn)行加工制造。比如飛機結構件是飛機的主要受力部件,其外形與飛機曲面外形、風(fēng)道外形、翼身溶合體外形等理論外形有關(guān),零件內、外形角度變化較大。
  該類(lèi)零件在國內外均采用數控加工,尤其是五軸聯(lián)動(dòng)加工,數控加工零件約占全部機加工零件的85%;整體結構件都是用厚板加工而成,材料去除率達到90%以上,因此切削加工量極大。
  同時(shí),為了減輕飛機重量,結構件的腹板和壁厚越來(lái)越薄,腹板厚度通常為1.5mm左右,在加工中非常容易變形,增大了零件的加工難度;飛機結構件作為主要承力部件,裝配協(xié)調面、交點(diǎn)孔等精度要求高,以滿(mǎn)足精確裝配的需要,如腹板最高精度達到±0.1mm。因此航空整體結構件具有尺寸大、壁薄、易變形以及切削加工難度大、零件精度高等工藝特點(diǎn)。
  另外,隨著(zhù)新一代戰機性能的逐步提高,新型高性能材料不斷引入,高強度難加工材料和低密度輕質(zhì)材料成為航空結構件的兩大類(lèi)主要材料,結構件材料逐漸由鋁合金為主轉變?yōu)殇X合金、鈦合金、復合材料并重的局面。
  目前,高速加工依然是實(shí)現這些飛機結構件高效加工的主要途徑。高速加工技術(shù)不僅成倍地提高了生產(chǎn)效率,改善了零件的加工精度和表面質(zhì)量,而且有效地解決了低速加工中一些難解決的問(wèn)題,如超薄零件的加工和某些特殊材料(如纖維增強塑料等)的高效加工等。
  這些都對數控加工提出了很高的要求,可以說(shuō)裝備對數控加工水平起著(zhù)決定性的作用,直接影響著(zhù)產(chǎn)品質(zhì)量。
  當然這里所講的裝備包含兩層含義,一方面指各種類(lèi)型的機床設備、工裝夾具,另一方面則指加工過(guò)程中涉及的各種刀具產(chǎn)品。
  就飛機結構件來(lái)說(shuō),刀具的正確選用和使用有時(shí)顯得尤為關(guān)鍵,其質(zhì)量、加工效率經(jīng)常成為制約零部件加工品質(zhì)和交貨周期的首要因素。成飛數控廠(chǎng)就針對產(chǎn)品材質(zhì)范圍廣的特點(diǎn),形成針對不同材料的高效加工解決方案。例如,針對鈦合金材料,采用大功率、大扭矩機床和硬質(zhì)合金刀具或涂層刀具等高效刀具;針對鋁合金材料,采用高轉速機床和高速鋼或整體硬質(zhì)合金刀具,配合微量潤滑技術(shù)。
    
來(lái)自鈦合金的挑戰
  鈦合金憑借優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、密度小、抗腐蝕性強等特點(diǎn),成為飛機發(fā)動(dòng)機理想的制造材料。
  在航空發(fā)動(dòng)機燃油控制系統中,鈦合金已逐步取代耐熱鋼、不銹鋼等材料,成為各類(lèi)連接件、緊固件等部件的首選材料。但同時(shí),鈦合金的硬度高、耐磨性高等特點(diǎn)也給加工帶來(lái)了極大的挑戰,尤其是切削刀具,因鈦合金的切削性差而導致刀具磨損快等加工難題頻繁出現,嚴重影響了加工精度和效率。
  其次,鈦合金在切削加工中所產(chǎn)生的局部高溫,使鈦很容易吸收大氣中的氧和氮,從而形成又硬又脆的外皮。這就會(huì )造成工件加工表面的加工硬化現象,而且加工硬化速度快,使得刀具表面產(chǎn)生嚴重的劃痕,容易在切削過(guò)程中產(chǎn)生崩刃現象。
  除此之外,鈦合金材料本身的物理和化學(xué)性能使其切削加工時(shí)與工件親和力大,切削加工時(shí)刀具與工件接觸時(shí)易產(chǎn)生黏刀現象,增大了刀具與工件間的摩擦,產(chǎn)生大量的切削熱。由此產(chǎn)生的大量切削熱無(wú)法及時(shí)通過(guò)切屑散發(fā)出去,大大降低了刀具的使用壽命。因此加工鈦合金的刀具必須具備高熱硬度。
  從這個(gè)層面來(lái)看,鈦合金加工可以被看作是一項系統工程,需要從加工設備、切削刀具、切削參數、冷卻液等多個(gè)角度進(jìn)行考慮。用于鈦合金加工的刀具材料的硬度及耐磨性要好,具有極好的耐熱性、在高溫下能保持較高的強度及韌性,以及一定的抗沖擊性和抗破壞性。
  而滿(mǎn)足以上要求的刀具有:陶瓷刀具、涂層硬質(zhì)合金刀具、立方氮化硼刀具(CBN)及類(lèi)金剛石刀具(PCD)等。其中涂層硬質(zhì)合金刀具價(jià)格低廉,且具有良好的導熱性和較高的硬度,在紅硬性和韌性等方面也表現出色,雖然比陶瓷、立方氮化硼刀具(CBN)、類(lèi)金剛石刀具的耐熱性和化學(xué)穩定性要差一些,但比陶瓷和類(lèi)金剛石刀具具有較高的抗沖擊性和抗破壞性。因此已成為加工鈦合金的首選刀具。
  在車(chē)削參數方面,鈦合金加工也是需要更多考量的。如切削速度的設定,過(guò)高的切削速度會(huì )導致切削熱升高,刀具切削刃過(guò)熱、黏結現象嚴重,刀具磨損加重,會(huì )縮短刀具使用壽命;同時(shí)會(huì )導致鈦合金工件表層開(kāi)裂或氧化,影響工件的力學(xué)性能,所以應在保證較大的刀具耐用度下,選擇適當較低的切削速度,降低加工成本并保證加工質(zhì)量。
  其次是切削深度的設定,因鈦合金工件加工前須進(jìn)行預備熱處理,使得工件表面有一層氧化層,為提高刀具的耐用度應采用相對較大的切削深度,可以直接切入鈦合金機體未氧化的金屬層,提高刀具使用壽命。另外參數設定時(shí)需要考慮的是進(jìn)給量,進(jìn)給量的大小對產(chǎn)生切削溫度的大小影響不是很大,在保證加工效率的前提下,減小切削速度增大進(jìn)給量是合理的切削方式。
  為保證加工質(zhì)量及提高刀具的耐用度,還應考慮到冷卻液的使用,比如要充分對加工區域進(jìn)行冷卻,冷卻液不僅可以有效降低切削溫度,還可以減少切削時(shí)對刀具的黏結現象,提高效率,延長(cháng)刀具使用壽命。
  正是由于一個(gè)小小的刀片蘊含著(zhù)各方面的知識,因此對于各大刀具生產(chǎn)商或者刀具經(jīng)銷(xiāo)商而言,拜訪(fǎng)客戶(hù),了解其訴求并為之做出相應的方案是他們必修的功課,從這個(gè)意義上而言,刀具行業(yè)的競爭力在于其服務(wù)能力,而這離不開(kāi)專(zhuān)業(yè)人才的支持。