高效加工絕非像烘焙蛋糕一樣簡單。一個(gè)關(guān)鍵原因是金屬加工與烘焙有著很大的不同。烘焙蛋糕時(shí)，通用面粉可以在各種配方中有效使用。與此相反，制造商十分清楚所加工的產(chǎn)品并沒有通用的工件材料。不同的產(chǎn)品應(yīng)用要求工件材料具有千差萬別的性能屬性。比如汽車車軸需要使用低合金鋼的韌性。渦輪發(fā)動機(jī)部件需要使用鎳基合金的耐熱性。
正如其特定性能屬性一樣，所有工件材料的五種基本物理屬性也表現(xiàn)各異。這些屬性是磨蝕性、硬度、導(dǎo)熱性、粘著性/延展性趨向和應(yīng)變硬化。各個(gè)屬性在一種工件材料中的所占比例很大程度上決定了其可加工性。相對較軟的低合金鋼表現(xiàn)出很強(qiáng)的粘著趨向，會導(dǎo)致刀具出現(xiàn)積屑瘤和擴(kuò)散磨損;而韌性鎳基合金的導(dǎo)熱性不良，會導(dǎo)致切削溫度極高，造成刀具變形和失效。
材料屬性對加工結(jié)果的影響
理論上，如果知道工件的各合金元素的特定混合比，則可以選擇適當(dāng)?shù)牡毒吆颓邢鞴r以產(chǎn)生可預(yù)測的磨損形式和良好的生產(chǎn)率。但實(shí)際情況常常事與愿違。對于某些工件材料，所用刀具和加工參數(shù)常常難以獲得完全令人滿意的結(jié)果。
原因在于工件材料的成分不同。在任何的產(chǎn)品制造中，工件材料的組成元素并非完全一致，都存在一定的差異。
為了確認(rèn)這一現(xiàn)象，山高檢測了一系列原材料，這些原材料名義上都是相同的工件材料，并在加工前測定了其五種屬性。其中有些屬性完全相同，有些則差別顯著。
當(dāng)工件的基本屬性不同時(shí)，刀具的切削性能也會不同，生產(chǎn)率可能會降低。為了建立一種方法來識別這種變化并為改善刀具性能提供方法指導(dǎo)，山高在本世紀(jì)前幾年就與鋼鐵供應(yīng)商和其他金屬加工公司展開了合作，目的是創(chuàng)建一個(gè)能夠測定工件屬性并利用測定數(shù)據(jù)預(yù)測工件可加工性的系統(tǒng)，而且無需考慮車削、銑削和鉆削等具體應(yīng)用。
可加工性分析系統(tǒng)
我們創(chuàng)建的可加工性分析系統(tǒng)以定量測定材料的上述五種屬性為基礎(chǔ)。硬度和導(dǎo)熱性通過標(biāo)準(zhǔn)方法測定。含碳量或硬度分布分析可提供磨蝕性數(shù)據(jù)。在斷屑點(diǎn)測量切屑伸長率能夠定量測定粘著趨向，根據(jù)材料的拉伸和屈服強(qiáng)度與參考材料的屈服強(qiáng)度之間的關(guān)聯(lián)公式可衡量應(yīng)變硬化。
材料屬性數(shù)據(jù)點(diǎn)在五點(diǎn)網(wǎng)格或五角星中繪制出來。低值靠近五角星中心，高值偏向其邊緣。數(shù)據(jù)點(diǎn)包圍的區(qū)域以圖形方式顯示了材料的總趨向。將材料屬性的五個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)果連起來，便會在五角星網(wǎng)格邊緣內(nèi)得到一個(gè)五邊形。
除了圖形顯示特定工件材料的綜合屬性之外，該系統(tǒng)還能根據(jù)五種基本屬性中的每一種屬性推薦適用的切削材料、槽型及切削工況。該系統(tǒng)還說明了典型的刀具磨損形式。
比如材料有粘著趨向時(shí)，需要使用韌性刀具基體以及韌性鍍層、鋒利的切削刃(小圓角半徑)和大前角，切削工況也偏向于溫度控制(通常切削速度足夠高以帶走延性切屑中的熱量)。刀具磨損形式包括微崩、積屑瘤、剝落及溝槽磨損。
另一方面，用于切削堅(jiān)硬材料的刀具應(yīng)該采用堅(jiān)硬或韌性基體(取決于進(jìn)給率)、小前角切削刃以及低進(jìn)給率和小切深。典型的刀具磨損包括塑性變形、崩刃和斷裂。
高溫合金等材料的導(dǎo)熱性差，要求刀具具有高抗壓強(qiáng)度、大前角和強(qiáng)壯的切削刃。通常采用低切削速度和進(jìn)給率，刀具失效形式可能表現(xiàn)為塑性變形或高磨損速率。
最后，用于加工磨蝕性工件的刀具毫無疑問應(yīng)該設(shè)計(jì)有耐磨蝕基體和強(qiáng)壯切削刃。適合采用低進(jìn)給率、低切削速度和大切深。磨損形式包括后刀面磨損、月牙洼磨損和溝槽磨損。
對于特定的工件材料，該分析系統(tǒng)顯示了材料的綜合屬性，重點(diǎn)體現(xiàn)了屬性的相互影響。
工藝調(diào)整
當(dāng)初始加工結(jié)果未達(dá)到預(yù)期時(shí)，可以使用這種綜合方法，它能調(diào)整刀具和切削參數(shù)，從而獲得所需結(jié)果。例如，如果預(yù)計(jì)材料具有高粘著趨向，則會產(chǎn)生長切屑。但是，如果切屑比預(yù)期的偏長或偏短，表示粘著趨向大于或弱于最初的判斷。查看五角星分析圖，或者只需要知道其他屬性的性能影響指標(biāo)，便能幫助機(jī)床技工調(diào)整刀具特性和切削參數(shù)，以適應(yīng)工件的實(shí)際屬性。這就如同調(diào)整蛋糕配方中的成分以解決第一次烘焙操作不如意的情況。
