随着机床设备的发展和高压冷却（HPC）系统的运用，不锈钢、超级合金以及其他难加工材料变得更容易加工。在许多应用中，如在泛流冷却、低压冷却情况下，采用先进刀具，生产率可提升20%甚至更多，每切削刃寿命可提升一倍。如果在此基础上，仅仅提升冷却压力至70～300bar（1bar=105Pa），加工潜能可再获大幅提升。事实上，采用合适的高压冷却刀具，将在切削刃寿命及生产率方面收获数量级规模的增长。
首先我们从车削难加工超级合金、不锈钢、钛合金材料的最新进展着手。在常规冷却前提下，将粗车刀片合金牌号换至伊斯卡IC6015，加工316L不锈钢。不仅每切削刃加工工件数从4件增加到10件，而且切削效率提升了20%；同样，采用伊斯卡IW7晶须增强陶瓷刀片，也使得车削硬高温合金得到改善，特别是在粗加工应用中。事实上，在粗加工及半精加工应用中，此类刀片寿命比硬质合金刀片高出8～10倍。新陶瓷刀片可承受因切削速度高而产生的高切削热，该切削热可软化被加工材料，比如软化钨铬钴合金。故而，将其应用于无人值守情况下车削超级合金，也表现出出色的可靠性。
切削热控制切屑
镍基合金、钴基合金等属于高粘性、长切屑的材料。然而通过刀片设计结构的改变，我们能够更好地控制加工中的切削热和切屑形状。即便没有高压冷却，加工此类材料的刀片，也要求切削刃锋利、表面光滑、耐热涂层以及高强度的卷屑槽。这种组合实现了快速断屑，推动切屑远离刀片及切削区域；避免因切屑粘结到切削刃上，使得刀片过热；避免因切屑附着造成的再次切削，影响工件被加工表面质量。
切屑硬度比母材高得多，也比母材更脆，因此也加倍提高了再次切削的破坏性。如果进行高压冷却加工，冷却液（沸点350℃）仍呈现液相，从而保持了其润滑性，冷却能力和切屑冲刷能力。此外，高压冷却条件下的射流流量足以在切削区域形成“液压楔”，大大减少了摩擦，减少了因摩擦带来的众多后果。
新刀具用武之地
现在让我们来看看采用新的刀具，是如何使得减少车削难加工材料的困难。
伊斯卡IC 6015刀片，设计了M–型高强度卷屑槽，采用束魔技术（SUMOTEC）进行CVD涂层。在稳定的切削条件下，IC 6015刀片在对M10-20材料进行精加工、连续切削的加工表现中，刀片的抗剥落性，抗崩刃性得到改善。全系列刀片采用了带后涂层处理的束魔涂层技术，该技术由伊斯卡首创，在实践中被证明相比原来的涂层及应用，刀具性能提高30%。伊斯卡将推出的IC 6025牌号，具有与IC 6015类似的特性，适合于对M15-25材料进行粗加工或断续加工（图1）。
图1 IC 6015刀片在对M10-20材料进行精加工、连续切
削的加工表现中，刀片的抗剥落性，抗崩刃性得到改善
螺旋刃立装刀片（HELITURN）及螺旋刃平装刀片（HELITURN LD），大正前角、螺旋切削刃、大进给以及双面，适合于车削不锈钢、镍基合金和钛合金。螺旋刃平装刀片，带锋利切削刃，HM或M4MW高强度卷屑槽，这使得其在加工粘性材料时，与其他刀片相比具有较大优势。螺旋切削刃使得进刀、退刀轻快，有助于减少刀片在此环节中的磨损。大正前角被证明可降低切削功率10%，这还不涉及对生产率和切削刃寿命的优化。
不同于大多数陶瓷刀片，伊斯卡IW7晶须陶瓷新牌号，可用于超级合金的粗加工，半精加工。超硬的氧化铝基体，保障了其在加工淬硬材料时表现出高的耐磨性；结合SiC晶须，更增强了陶瓷刀片的抗冲击韧性。此刀片还可承受因高速加工导致切削区域产生高的切削热，该切削热甚至可软化被加工材料。来自加工Inconel 718、镍基耐热合金等高温合金材质涡轮盘的报告显示，相比于其他陶瓷刀片，采用此加强陶瓷刀片使得加工效果得到了实质性的改良（图2）。
图2 伊斯卡IW7晶须陶瓷新牌号，可
用于超级合金的粗加工，半精加工nextpage
高压冷却
虽然我们都听说过采用高压冷却技术给切削加工带来的好处，恐怕依旧会回避它，主要原因是新增设备成本以及因“未曾验证”带来的技术不确定性。那么，让我们逐条分析：
未曾验证：事实上，该技术已在航空工业、能源工业以及涡轮加工工业取得良好的验证。一方面，实践者的报告反映，在并未损失切削刃寿命的前提下，生产率提升2～3倍；另一方面，以关注切削刃寿命为主的报告反映，在相同金属去除率条件下，切削刃寿命为原来的7倍。而这些实验报告均来自加工钛合金及铬镍铁合金涡轮部件的内孔、外圆、钛合金机身部件以及各种不锈钢部件。
新增设备成本：对于最初的几年，是实情，但不是现在。在20世纪50年代，对工厂而言，主轴转速不高，冷却泵功率不足，这些客观条件限制了高压冷却的发展。但如今，高转速主轴及高压冷却泵，已成为众多的机床制造商可提供的常规可选配置。除了加工不锈钢和超级合金的领域，高速加工正在众多加工运用中，迅速普及起来。
“高压冷却 - 就绪”刀具
当今，“高压冷却 - 就绪”专属刀具已经越来越被广泛接受。在刀具供应商为客户订制特殊几何形状和物理特性的非标产品，为难加工材料进行高压冷却生产；标准的专属高压冷却刀具，例如伊斯卡的JET HP系列，也已经实现了同样的功能——冷却液流经过贯穿刀具的冷却通道，从喷嘴密集喷射出似激光束的射流，直达切削区域及第二剪切区，这是非常严苛的。在此，冷却液实现冷却、润滑，形成“液压楔”，最终体现于对切屑的可控性上，破碎切屑至均匀的短小屑、C-型屑。而冷却液由冷却泵抵达切削区域的过程中，对刀具及刀片，也起到了冷却作用。真正的高压冷却刀具的冷却液压力范围：70～300bar。
要获得最佳切削性能必须采用高压冷却刀具；而带冷却通道的标准刀具，不足以胜任此任务。差异主要体现在以下两点：冷却射流从喷嘴喷出后，是如何精准地定位射流喷射点的；喷嘴直径，该尺寸决定了对喷射点产生正确的冷却液压力。打个比方，高压冷却与常规冷却的区别，就如同采用电动喷枪与使用花园水管喷水的差距（图3）。
图3 高压冷却与常规冷却的区别，就如同
采用电动喷枪与使用花园水管喷水的差距
由经验获得的好处
有经验的高压冷却刀具供应商，对该领域有足够深入的研究，并能为新进入者，提出相关建议。他们对新入行者给出的一些建议：采用硬质合金刀具。陶瓷刀片和CBN刀片在高压冷却加工中，性能提升并不十分显著；冷却液需流经刀具。不要用传统冷却形式，试图实现高压冷却射流。这只会带来麻烦，并可能伤及操作人员；超出了高压冷却加工的初衷，未获得高压冷却所带来的益处；如果需要更大的冷却液压力（当冷却液汽化、蒸发，导致冲刷切屑的冷却流量不足），应当加大冷却液流量，而不是增大冷却液压力。这是经济有效的措施；如何估算冷却流量需求？经验数据是0.5最大流量/HP。也就是说，在高压冷却加工中，切削功率为10HP，所需冷却液流量为5gal/min（1gal=3.79L）。
如果你在车削此类被加工材料时，遇到困难，可以打开思路，寻求帮助。或许你的竞争对手已经找到了更好的解答，答案中包含着当今的高压冷却技术。
