楼梯之家讯：在金属加工中，有些材料特别难以切削。例如，ISO-S材料组中的两个子类钛合金和高温合金就是难切削材料（图1）。根据试验，在相同切削条件下，这两种材料的切削机理是完全不同的。在实际应用中，钛合金和高温合金常常使用相同类型的刀片进行加工。但在ISO-M材料（不锈钢和耐腐蚀钢）的切削中已经得到了证明：所用的刀具材料和槽形需要有所区别才能更高效，有必要为钛合金和高温合金分别制定加工方案。对于钢和铸铁加工，通用的可转位刀片可能是最经济的方法，但是在ISO-S材料范围内，专门的解决方案往往能获得更好的加工效果。

图1 ISO材料组概述

切削加工要求
钛合金和高温合金具有一些相同性质：容易粘结，加工中易生成积屑瘤；它们是不良热导体，切削中生成的热量大部分流向切削刃。由于钛合金和高温合金的材料特性，在切削过程中，切屑的形状和磨损与一般切削是完全不同的。
钛合金切削时容易产生由扩散引起的月牙洼磨损。刀片材料中的碳粒子流入切屑，可转位刀片受到侵蚀，切削区域会逐渐减弱。对硬的锻造表皮，材料的高强度增大了崩刃和塑性变形的危险。材料的弹性模量低，增大了振动的倾向。切削刃一旦形成有积屑瘤，刀片会很快崩刃。所有这些现象随着合金晶相中的β相比例的增大而增强。Ti6Al4V是广泛使用的材料，它同时含有α相和β相，是非常难加工的材料。新材料Ti-5553是一种纯β相合金，更加难切削，切削速度只有Ti6Al4V的1/2。但是，令切削专家伤脑筋的材料特性却让结构工程师欣喜若狂：高强度材料是飞机起落架和承力结构件的理想材料。高温合金的加工也常常受到锻造表皮的困扰，同时它还受到材料冷作硬化的影响，特别是切削过程中切削力过大会引起切削刃过载。对于锻造高温合金零件，例如航空工业中发动机典型零件，切削深度是变化的。在这样的情况下，难于选择合适的切削参数，最佳切削参数的范围非常小。
采用类似于钢的方法对高温合金加以热处理。在高温合金车削加工零件中，大约80%都处于淬硬状态。加工人员面对的是40~45HRC硬度或1200~1600N/mm2的强度。切削刃的塑性变形、崩刃和沟槽磨损是刀片失效的主要原因。在高温合金切削过程中，切屑常常冲击可转位刀片的后刀面，形成很大的冲击力，刀片面临着崩刃的风险，加工硬化会引起沟槽的磨损。风险叠加，一方面要求刀片有相对稳定的切削刃；另一方面要求刀片有较锋利的槽型，这对研发提出更大的挑战。对于加工部门来说，切削过程中刀具破损引起的加工中断是不可接受的，这会导致昂贵的零件的报废。

两组用于ISO-S材料的可转位刀片，每一组都有优化的槽型：用于钛合金的是Sky·tec系列三种槽型NFT、NMT 和NRT；用于高温合金的NMS和NRS型槽型。刀片槽型根据字母识别，字母T表示用于钛合金加工，字母S用于高温合金加工；F、M和R则代表加工方法：精加工、半精加工和粗加工；N代表刀片后角基本形状。Sky·tec产品系列名称指示了应用的基本领域：航空工程。无论何处，只要有钛合金，一般来说就会伴随有高温合金。例如燃气轮机，冷的一边主要用如Ti6AlV4之类的合金制造，热的一边主要是用高耐热材料制造，例如Inconel718。

所有用于ISO-S材料组的可转位刀片都有一个特点，就是稍微磨圆的刀尖圆角。这对切削刃承受切削力和散热是必不可少的。槽型的细微差别决定了刀片的不同应用领域。

钛合金系列

钛合金系列刀片具有专用的、窄的断屑槽，这是为获得良好的车削加工断屑效果所采取的改动，即使是在刀片磨损的状态下也能够显著地改变已经成型的切屑形状。NRT粗加工槽型的特点是结构稳定，有较宽的倒棱，这是控制月牙洼磨损的有效手段（图3）。半精加工NMT槽型稳定性好，曲线的切削刃可以减小切削力，在不稳定零件或仿形加工中都表现稳定。NFT精加工槽型具有优化的锋利切削刃，周边全磨削，以保证切削的高精度（图4-5）。

图 刀具磨损照片
从外观上看，用于钛合金切削的可转位刀片并不突出，超过80%的用于钛合金切削的可转位刀片没有涂层。这是因为对刀片材料的抗月牙洼磨损有很高的要求，在这些环境中涂层不能提供任何帮助。

高温合金系列
用于高温合金的可转位刀片需要有锋利的槽型，正前角加刃口全倒棱可以保证切削刃的稳定性，正前角槽型与PVD Al2O3涂层相结合（图6）。高温合金的可转位刀片一般都采用涂层，可以显著提高刀具寿命。

Sky·tecTMNFT和NRT基本形状
与钛合金系列的窄断屑槽相反，NRS和NMS槽型需要有较大的切屑变形空间。如果高温合金的切屑变形太过剧烈而产生加工硬化，刀片会迅速被损坏。NRS槽型具有较宽的断屑槽，可以保持较深的切削深度，而NMS槽型的断屑槽稍窄。

高温合金有分别用于粗加工和半精加工的两个槽型，所以基于相同的原理推导出用于精加工的槽型，刀片刃口的倒棱应该非常小，这就是为Sky·tec NFT槽型形状开发新结构的出发点。NFT钛合金精加工槽型也适用于高温合金的精加工。

实例应用
几个应用实例已经证明优化的可转位刀片是值得投资的。对于用Ti6Al4V制造的直径为1.8m的燃气轮机壳体的粗加工，制造商过去一般采用与切削ISO-M材料通用的槽形以及适用于加工钛合金的刀片的材料。而现在制造商能采用一种新的解决方案来处理加工过程中更换刀片的问题，使用相同的切削参数（vc=55m/min，f=0.4mm/r，ap=2.3mm），选用瓦尔特Sky·tecTM NRT槽形和WS10切削刀具材料，可帮助制造商达加工过程中无需更换刀具的问题，同时在加工过程中形成一致的短切屑。

车削Inconel 625板材，直径230mm，是用于化学工业的一个部件（200HB，约900N/mm2）。采用瓦尔特NMS槽形和WSM10切削刀具材料加工，并与其他ISO-M和ISO-S材料通用可转位刀片作比较。测试中，切削参数不变（vc=50m/min，f=0.2mm/r，ap=3mm），18min后，通用刀片的切削刃沟槽磨损和崩刃，刀片失效，仅完工6件。而NMS槽形刀具直到33min后还没有任何沟槽磨损，完工11件。


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