逆转难加工材料车削现状，实现高效加工

    随着机床设备的提升和高压冷却（HPC）系统的运用，车削不锈钢、超级合金以及其他难加工材料变得更加容易。许多应用中，在泛流冷却、低压冷却条件下，采用先进刀具后生产率可提升20%或更多，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，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。
    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，更新粗车刀片合金牌号为伊斯卡IC6015，在加工316L不锈钢时，每切削刃加工工件数从4件增加到10件，切削效率提升了20%。同样，采用伊斯卡IW7晶须增强陶瓷刀片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倍至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。将其应用于无人值守情况下车削超级合金表现出出色的可靠性。
    控制切削热与切屑形状
    镍基合金、钴基合金等属于高粘性、长切屑的材料，通过刀片设计结构的改变，可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需具备锋利的切削刃、光滑表面、耐热涂层和高强度卷屑槽。这种组合可实现快速断屑，推动切屑远离刀片及切削区域；避免切屑粘结到切削刃上使刀片过热，或因切屑附着造成的再次切削而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，可保持其润滑性、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
    采用新刀具可减少车削难加工材料的难度。伊斯卡IC6015刀片，设计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，IC6015刀片在对M10-20材料进行精加工/连续切削加工中，刀片的抗剥落性、抗崩刃性得到改善。全系刀片采用带后涂层处理的束魔涂层技术，该技术由伊斯卡首创，实践证明，相比原来的涂层及应用，刀具性能提高30%。伊斯卡即将推出的IC6025牌号，具有与IC6015类似的特性，适合于对M15-25材料进行粗加工或断续加工。
    螺旋刃立装刀片（HELITURN） 及螺旋刃平装刀片（HELITURN LD），具有大正前角螺旋切削刃，大进给，双面，适合于车削不锈钢、镍基合金和钛合金。螺旋刃平装刀片带有锋利切削刃、HM或M4MW高强度卷屑槽，使其在加工粘性材料时具有较大优势。螺旋切削刃使进刀退刀更轻快，帮助减少刀片在此环节中的破损。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。
    与大多数陶瓷刀片不同，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后加工效果得到了实质性的改善。
    高压冷却技术
    虽然我们都听说过采用高压冷却（HPC）技术给切削加工带来的好处，恐怕依旧会回避它，回避新增设备成本以及因“未曾验证”带来的技术不确定性。
    但事实上，HPC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倍到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。而这些试验报告均来自加工钛合金及铬镍铁合金涡轮部件的内孔和外圆、钛合金机身部件以及各种不锈钢部件。
    对于最初的几年，新增设备成本或许是实情。在上世纪五十年代，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。
    “高压冷却—就绪”刀具
    如今，“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时，标准的专属高压冷却刀具（如伊斯卡的JETHP系列）已经实现了同样的功能——冷却液流经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。在此，冷却液实现冷却、润滑，形成“液压楔”，最终体现在对切屑的可控性上，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也对刀具及刀片起到了冷却作用。真正的高压冷却刀具的冷却液压力范围为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，其差异主要体现在以下两点：冷却射流从喷嘴喷出后，精准地定位射流喷射点，喷嘴直径决定了对喷射点产生正确的冷却液压力。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。
    经验及建议
    作为有经验的高压冷却刀具供应商，伊斯卡对该领域有足够深入的研究，并提出以下建议：（1）采用硬质合金刀具。陶瓷刀片和CBN刀片在高压冷却加工中的性能提升并不十分显著。（2）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。这偏离了高压冷却加工的初衷，未获得高压冷却所带来的益处。（3）如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时），可加大冷却液流量，而不是增大冷却液压力。（4）估量冷却流量需求的经验数据是0.5gpm/马力。也就是说，在高压冷却加工中，切削功率为10马力，所需冷却液流量为5加仑/分钟。