微型零件加工与瑞士式车削刀片

来源：塑胶五金网发布时间：2014-04-14 09:46:35点击率：

　　在瑞士式车床上车削加工直径≤2mm的微型零件时，只有使用刀尖圆弧半径极小的车刀片才能奏效。毕竟，你不可能用TNMG-431刀片来车削直径仅为0.5mm的骨钉——该刀片的刀尖圆弧半径几乎与被加工零件一样大。此外，GenSwiss公司老板Jim Gosselin指出，“某些零件(如射频连接器行业所用零件)不能有任何圆弧半径，因为它会影响该零件的电气性能。”

　　你或许会想，没有刀尖圆弧半径的刀具会不会在切削个工件时就崩刃?为了完成此类加工，GenSwiss公司设计了微型可转位刀片式车刀。Gosselin解释说：“我们所有的刀具都采用亚微米级硬质合金材料，这意味着晶粒尺寸非常小，因此刀具的韧性也非常好——即使它们具有极其锋锐的刀尖。由于要求切削刃非常锋利，因此所有尺寸都采用精磨加工，然后采用一种专门工艺去除磨削毛刺，为了提高耐磨性，随后还要进行PVD涂层。”

　　微型车刀片重要的几何形状或许就是在刀尖上磨制的刮削刃(修光刃)。这种刮削刃是在刀片后沿磨出的一个平面——可能有1.25mm宽，具有1°或更小的后角。Gosselin说，“根据不同的工件材料和零件直径，实际上，你可以用这种刀尖圆弧半径为零的刀具以每转几千分之一英寸的进给率进行切削。”你或许会想，这种刀具可能不容易崩刃，但会不会加工出的表面光洁度很差?回答是不会。Gosselin补充说，“切削刃后缘的作用不仅仅是支撑刀尖，它还能刮削工件表面的凸起部分，从而提供很好的表面光洁度。”

　　Gosselin说，“众所周知，提高加工表面光洁度的方法通常是增大刀尖圆弧半径，或减小进给率。在常规车削加工中，这两种解决方案都切实可行。然而，对微型车削而言，为了改善表面光洁度而加大刀尖圆弧半径是一种错误选择，而采用减小进给率的方法同样会误入歧途。”

　　问题的关键仍然是切削刃。为了实现合理的切削，工件材料必须从切削刃上方流过。Gosselin说，“如果对刀片切削刃进行0.005mm的制备(钝化)，那么进给率就必须大于0.005mm。如果不对切削刃进行制备，刀具就没有合适的余隙，因此，你实际上只是在推挤工件材料，而不是对其进行切削。”

　　虽然这种刀尖被称为“零圆弧半径”，但为了防止崩刃，实际上刀尖还是需要有一点圆弧半径。大多数微型刀具制造商都宣称其刀尖圆弧半径为0.0025-0.03mm。必须记住，刀尖圆弧半径越大，工件的挠曲变形也越大，而且由于微型零件的尺寸公差随着零件尺寸的减小而减小，因此微型零件制造商的目标可能是达到+0.005/-0.000mm或更严格的磨削质量公差。

　　在瑞士式机床上车削微型零件时，需要考虑的另一个重要因素是使车刀尽量靠近导向套筒。Gosselin强调， “在瑞士式车削中，导向套筒才是关键。机床的规格大小、运动速度或具有哪些功能都无关紧要。除非你拥有高质量的导向套筒，并能使刀具刚好紧挨导向套筒，否则其他的一切都毫无意义。”

　　Gosselin指出，经验丰富的瑞士式车削工艺师并不喜欢在大机床上加工小零件。但是，大机床不是可以安装更多刀具，具有更大功率，能提供更大的加工柔性吗?也许如此，但在小机床上，刀具可以更靠近导向套筒。他说，“在一台20mm的瑞士式机床上，刀具与导向套筒的距离大约为2-3mm，你会看到，工件比自由式跳水比赛所用的跳板弯曲得更厉害。”

　　山特维克可乐满的小型零件加工专家John Dotday也认为，在瑞士式机床上车削微型零件挑战性。他指出，除了需要使用PVD涂层、零半径的高质量精磨刀片以外，刀具的中心线也至关重要。“正确对中十分关键。加工人员安装刀具时，必须非常仔细地调整刀具与工件的接触位置。现在有许多被加工零件如此之小，你必须在显微镜下才能看清其细部。”

　　监测冷却液的压力也至关重要。Dotday说，“如今高压冷却系统的压力已达到2,000 psi。在高压冷却液的冲击下，微型零件可能会弯曲变形，并引起振动，这都有可能导致零件质量下降或报废。”

　　Dotday建议购买经过无心磨加工的棒料毛坯，因为其具有更好的圆度和尺寸一致性。他说，“棒料毛坯的任何圆度误差都会转移到工件上。虽然磨过的棒料成本更高(可能要贵50%以上)，但加工出的零件质量可以提高大约90%。”

　　瑞士式机床制造商Marubeni Citizen-Ci公司西部地区销售经理Glen Crews表示，为了成功实现瑞士式车削，还需要购买质量的工具(包括刀具、刀座、导向套筒和弹簧夹头)。他强调，“不要让你的采购部门光买便宜货。这样开始可能会节省一些购买成本，但你以后会因为返工、零件报废和刀片破损而损失更多的钱。”

　　关于机床的大小，Crews指出，并不总是必须用小机床加工。他说，“你可以在20mm的机床上车削1mm的零件，但你必须对机床进行正确设置。”

　　再次强调，成功的诀窍是要使刀具尽可能靠近导向套筒，这可能意味着需要修改刀座或使用刀垫。Crews说，“你必须使刀具几乎要碰到导向套筒。你可能需要考虑使用前端加长的导向套筒，尤其是当你需要进行断面加工时，因为此类刀具通常要比车刀的伸出量长8-10 mm。”

　　加工微型零件时，常规的《机械加工手册》帮不上什么忙。Crews说，“没有什么必须遵循的硬性规定。为了成功完成微加工，只能反复试验和实践。如果进给太慢，可能会造成工件加工硬化;如果进给太快，加工表面光洁度则可能恶化。每个车间都发明了自己的加工诀窍。加工微型零件既困难又麻烦，没有太多犯错的余地。例如，刀具的高度必须完全正确，因此对装刀技能要求很高。微加工需要一整套复杂技能，因此没有太多人愿意从事这项工作。”

　　在瑞士式车削微型零件时，你可能得接受刀具寿命较短的现实。Crews指出，“与加工尺寸较大的零件相比，微加工的刀具寿命较短，由于其刀尖圆弧半径很小，因此更容易破损。加工尺寸较大的零件时，你也许可以接受千分之几的刀具磨损量——加工微型零件时这是无法接受的。”

　　GenSwiss公司的Gosselin解释说，“刀具能实现切削有两个先决条件：刀具材料比被切削材料更硬;刀具切削刃下部留有余隙。”常规切削刀片不适合微型零件瑞士式加工有以下几个原因：

　　(1)大多数常规刀片的切削刃都经过制备(有时也称为K型倒棱)。K型倒棱与刀尖圆弧半径不同，它是对刀片切削刃进行制备，将其平滑倒圆，通过去除在刀片烧结或磨削过程中可能产生的尖锐毛刺、疏松沉积物和薄弱夹杂区，达到强化切削刃的目的。然而，在小直径瑞士式车削时，低成本刀具上的K型棱边太大，会导致零件挠曲变形或刀具刮擦(而非切削)零件，这是因为K型倒棱的棱边(圆弧半径)位于刀片的刀尖切削面以下，因此刀片的切削余隙不足，无法正常进行切削，通常表现为零件在切削时折断或表面出现擦痕。

　　(2)一般来说，对于微小零件的瑞士式车削，用于常规刀片的涂层太厚。即使刀具的切削刃制备合理，但如果涂覆了CVD涂层(通常厚度为12-18μm)，也难以获得良好的切削性能。由于CVD涂层太厚，其切削效果类似于具有K型棱边的低成本刀具。

　　(3)刀尖圆弧半径太大。刀具与工件材料的接触面越大，对其施加的切削力也越大。由于被切削材料的刚性不如刀具刚性好，因此工件会挠曲退让。工件的振动和变形会导致切削性能恶化。

　　与标准刀片相比，专用刀片的价格可能更贵——甚至可能高达3倍，但你可以确保自己能获得具有优异切削性能的高质量刀具，并提高微加工的刀具寿命。这些好处要远远大于在购买刀具时所增加的投资。

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