加工高温合金：专家为难切削材料提供技巧

要在当今竞争激烈的加工世界中获得优势，车间必须与切削刀具技术保持同步。这里有一些超合金的解决方案——众所周知，这些金属很难加工，但在航空航天、能源和医疗行业中很常见。

铬镍铁合金是所有金属合金中最难加工的合金之一。 Hastelloy、Nimonic、Waspaloy 和 Rene 也是如此。它们都含有相对大量的镍、钴或铬（有时三者都有），以及钼和钽等难熔金属。

鉴于它们极高的韧性、硬度以及耐热和耐磨性，这些重要金属被冠以“超级合金”的崇高称号也就不足为奇了。
 

例如，Inconel 718 被广泛用于制造燃气涡轮发动机中的高温部件，这就是为什么它被标记为耐热超合金 (HRSA)。

Monel K-500 对蒸汽和海水具有很强的抵抗力，使其成为海洋应用的首选。

另一方面，钴铬合金 (CoCR) 用于从牙桥和人造膝盖到风力涡轮机和结婚戒指的所有东西。

存在三种一般类别的高温合金：镍基、钴基和铁基。大多数是专有的，由 Haynes International 和 Special Metals Corporation (SMC) 等公司开发，用于航空航天以及极热、极冷或腐蚀性环境。如前所述，所有这些都对加工具有挑战性，需要为这些要求苛刻的材料设计的刚性设备和切削工具。

立铣刀、钻头和车削刀片

幸运的是，如今愿意处理 HRSA 和其他高温合金的机械车间有大量切削刀具可供选择。

我们在本文中采访的三个切削刀具制造商都提供专为此类具有挑战性的材料设计的立铣刀、钻头和车削刀片，其他供应商也是如此。然而，每种情况下的警告是，如果车间要充分利用这些工具的潜力，可能需要不同的加工策略。

例如，KYOCERA SGS Precision Tools Inc. 拥有其 Multi-Carb 系列立铣刀，应用工程师 Jacob Rak 指出，该立铣刀有 7、9 或 11 刃，并且具有非常重的核心以提高刚性。

“多年前，使用高温合金的传统方法是使用刃数较少的立铣刀，并积极地进行切削，”他说。 “但我们在内部测试以及我们的航空航天客户中看到，当以相当轻的切削深度和低到中等的切削速度应用时，具有更多凹槽数的刀具在高温合金中非常有效。”

根据具体材料，Rak 通常建议从不大于刀具直径 5% 的径向切深 (DOC) 开始。当然，这是假设使用了高效加工 (HEM) 或动态铣削策略，因为它们可以使切屑变薄并减少切削区域的热量。

“我们使用 9 刃刀具将 DOC 提高了 20%，而且效果非常好，”他说。 “关键是利用那些高效的加工刀具路径来分散切削力并防止刀具负载出现任何峰值。”

使用重型核心工具

Rak 重申了对重型核心工具的需求，因为这可以减少高温合金加工中常见的变形。 M.A. Ford Mfg. Co. Inc. 的应用工程师 Derek Nading 也是如此，当面临困难的高温合金应用时，他通常会从该公司的 TuffCut XT9（380 系列）开始。

“XT9 是一种 9 刃、可变螺距、37 度螺旋立铣刀，几年前我们为大型航空航天客户设计了一款特殊产品，”他说。 “我们很快发现它在耐热超级合金中提供了无与伦比的性能，因此经过一些额外的调整——其中包括基于 TiAlSiN (ALtima Xtreme) 的涂层——我们将它变成了标准产品。”

与 SGS 和其他刀具制造商一样，M.A. Ford 还建议摆线铣削策略是高温合金加工的明确路径。

“随着近年来机床及其控制系统的进步，动态铣削技术与涂层硬质合金一起为您提供最佳的刀具寿命和金属去除率，”M.A. Ford 大湖区区域业务经理 Dirk Dietsch 说.

“然而，这些并不是动态铣削的唯一优势，”他补充道。 “它还提供更低的切削力、改进的零件表面质量、减少工件中的临界热量，以及最稳定的安全工艺，以防止刀具发生灾难性故障。”

让您的工具保持凉爽

两位切削刀具专家都强调需要刚性设置和同样坚固的机床，肯纳金属公司区域产品经理 Steve Archambault 也是如此。当被问及该公司的哪种立铣刀最适合成功进行高温合金加工时，他列举了几种可能性，但强调 HARVI 1 TE 作为他的首选。

“其设计中有一些技巧可以让 HARVI 1 TE 运行更平稳，摩擦更少，”他说。 “在这些高温合金中，最后一部分——热量和摩擦——是一个巨大的问题。该刀具具有偏心刻面浮雕、特殊的切屑槽和用于强度的抛物线芯，具有高效切削高温合金所需的所有属性。”

肯纳金属车削区域产品经理 Greg Sage 很快指出，整体硬质合金并不是加工高温合金的唯一方法。还有陶瓷。

Sage 赞同其他人关于刚性的建议，但补充说，对于 Kennametal 的全陶瓷立铣刀等工具，以及使用陶瓷或 PCBN（多晶立方氮化硼）的车削应用，这一点尤其必要。

“考虑到刚性设置，我们的 KYS25 陶瓷等牌号可以在高温合金中实现 700 sfm 或更高的切削速度，从而大大提高产量，”Sage 说。 “对于精加工操作，Kennametal 的 KB1630 PCBN 车削刀片做得非常出色。不过，重要的是，商店要记住有很多选择，在决定使用哪些以及如何应用它们时，他们应该联系他们的切削工具供应商以获得支持。”

让设置超级

切削刀具制造商会告诉您，成功加工 Inconel 和 Hastelloy 等耐热超合金都需要特定材料的牌号和几何形状、刚性设置和正确的机床。

当然，他们是正确的，但 HRSA 的故事远不止这些。

如果钻头或立铣刀允许，还建议在 70 bar 或更高 (1,000 psi) 的压力下使用过滤的、维护良好的冷却液通过工具。当然，这句话同样适用于要求不高的材料，就像它适用于大多数车削操作一样。

刀架结构也值得仔细考虑。因为在对高温合金、钛甚至铝进行粗加工时，刀具拔出是一个问题，所以 Haimer Safe-Lock 或类似的防滑刀柄是一项不错的投资。工具平衡系统也是如此。任何机械师都知道，消除跳动和振动是延长刀具寿命和提高零件质量的关键。除了使用高质量的液压、机械或热缩配合刀柄之外，实现这一目标的最佳方法之一是在使用前平衡整个刀柄组件。

按照这些步骤，你很快就会发现高温合金毕竟不是那么难。

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