加工 ISO P 类工件材料面临的诸多挑战

技术知识 2015-02-03

   ISO P 类工件材料包括通常被人们称为钢件的金属材料。尽管钢件在材料层面上未表现出明显的加工挑战(比如航空航天领域使用的耐热航天合金),但是合金钢和铁却是各行各业应用最广的工件材料。如此广泛的用途催生了人们开发各种各样具有不同物理属性的合金钢,这就产生了各种金属切削性能问题。除了大批量生产需要考虑经济因素之外,这些问题还使得 ISO P 类钢件的加工成为零件制造商以及这些零件的刀具制造商面临的一项重大挑战。

  ISO 体系
  ISO 金属加工工件材料分类体系分为六大类。K 类包括铸铁。镍基和钛基合金等耐热高温合金属于 S 类。H 类的材料特点在于硬度,基本包括硬度为 45-65 HRc 的钢件。不锈钢(铬含量大于 12% 的合金钢)组成了 M 类。N 类包含有色金属,主要是铝、铜和黄铜。最后是包含碳素钢、低合金钢及高合金钢的 P 类,其中包括硬度高达 400HB 的合金钢和铬含量不超过 12% 的不锈钢。有些长切屑的可锻铸铁也属于 ISO P 类。
  上述分类基本上是依据不同材料的主要物理属性。这些属性本质上决定着材料的加工表现及其对切削的影响。K 类金属的特点是磨蚀性,这会加快刀具的磨损。S 类中的耐热高温合金通常导热性不良,这会导致切削区积聚热量而使切削刀具变形。H 类金属的硬度不仅会对刀具产生很大的压力,而且还会产生热量。M 类具有应变硬化的特点,工件材料在切削过程中会随着变形而变硬。切削压力和发热量的增加会造成沟槽磨损及其他问题。N 类金属表现出粘着切削刀具的倾向,会造成积屑瘤、表面质量不佳以及切削刀具断裂。
  由于上述五类 ISO 材料或多或少各有一种主要物理属性,因此设计切削刀具时可以在一定程度上消除其属性对切削刀具的不利影响。例如,用于切削 H 类材料的刀具一般需要较高的强度,而 切削N 类金属的刀具更加锋利,并采用有利于形成切屑流的设计,以最大限度地降低切削刃粘着的风险。
  但是,ISO P 类工件带来了更复杂的挑战。钢件,尤其是千差万别的合金钢,通常会表现出不止一种甚至所有影响切削刀具性能的属性,尽管通常不是极端情况。这给刀具的开发造成了难题;例如,在许多情况下,为应对低合金钢粘着倾向而设计的锋利刃口刀具可能无法承受另一种钢成分的磨蚀特性。此外,由于制造商追求与客户零件的特定性能需求相匹配的材料,所以各种专用合金钢的开发仍旧势头不减。