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铣削在高速切削领域的发展

铣削在高速切削领域的发展

发布日期:2016-08-02 作者: 点击:

       高速切削并不是一件新事物,它已经在很多行业例如模具制造业存在几十年了,作为一种工艺,它过去被看做是小刀具在高主轴转速机床上的应用。但是,在今天,高速切削有了更广泛的应用。CNC铣刀

  高速切削(HSM)

  得益于机床制造商、软件开发商、切削刀具制造商的开发和研究机构的潜心研究,现在高速切削(HSM)已经有了更加广阔的应用空间。最重要的是,高速切削的实际工艺已经不仅仅停留在理论,而是真正应用于车间各个环节。创新的铣削刀具发展使得高速切削成为模具制造业中更加实用和高盈利的方法。包括高速切削在内的任何切削工艺准则是其效果需与机床、软件和切削刀具的加工能力一样好。在多年的实际应用中,高速切削中刀具的开发朝着更高性能的方向发展。铣削是高速切削工序中的重点部分,它的创新影响了铣刀在许多模具加工应用中的表现。在高速切削中,速度是关键词,它代表着主轴转速、切削速度或进给速度。高速切削可以通过高切削速度或高进给率优化铣削工序而实现。

  过去,高速切削主要关注高主轴转速,其范围可达8,000-100,000rpm。许多应用是由机床和航空工业试验性驱动的,早期的高速切削主要应用这些方面。但是,在车间实践中,高速切削时的主轴速度总是保持很低的范围。

  在上世纪90年代,高速切削的发展注重总体概念,包括创建主轴转速为200,000rpm的机床。高主轴转速和高进给速度受到高度重视。研究机构证明,当刀具或机床零件与应用场合不匹配时,高速会带来严重的后果和极高的风险。需要考虑的主要因素是:切削力、表面纹理、金属去除率、刀具寿命以及安全性。这些研究表明了优化高速切削因素对成功实现高速切削的重要性。

  铝模铣削的新发展

  在谈及高速切削和可转位刀具时,安全的刀片固定是重中之重。不断提高的铣床高主轴速度和工作台进给(特别是在进行铝切削时)会带来高离心力以及由此产生的在刀片固定元件上的大负荷。在开发令人满意的解决方案和更快地找出用于高速切削的可转位刀具的工作模型时,分析负荷分布的有限元法特别有价值,并且,利用它可以设计出最佳的冷却液通道和出口结构,从而以最佳的方法帮助排屑。这就产生了新一代的用于铝合金切削的高速切削刀具。

  CoroMill790可转位立铣刀是应用于高转速加工铝合金的刀具实例。这种立铣刀主要应用于模具制造中如凹腔切削、刃边切削、槽铣、仿形加工等高速加工工序。刀片的固定是由特别开发的刀片—刀体接口实现的,刀片槽底面和刀片背面的锯齿状接触面设计不仅最大限度地提高了高速铣削加工中的安全性,同时也保证了加工精确性。刀片受力均匀,使加工更流畅、更安全,延长了刀具使用寿命,上述设计大大增强了切削品质并提高了加工能力。

  CoroMill 790立铣刀锯齿状接触面设计亦可广泛应用于铝加工中使用的面铣刀,尤其是铸铝零件,如模具、发动机组、变速箱壳等。从半精加工到超精加工,切削速度提高到8000m/min时,CoroMill 790立铣刀的正前角刀片可使用硬质合金、聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)材质。这种设计使铣刀广泛适用于铝合金切削甚至铸铁切削。高技术的CoroMill 790立铣刀结构却并不复杂,其刀片轴向调整简单方便,还具有切削力平衡、应用领域宽广、加工余量控制精准等优点。

  可换头式整体硬质合金刀具

  整体硬质合金切削刀具,特别是小直径刀具,广泛应用于各种材料的模具切削。在可转位刀片和整体硬质合金刀具两者之间,现在有一个替代的第三种解决方案出现,这种解决方案在某种程度上可以涵盖前两者的特点,它既提供了切削刃的可转位性,又提供了使用中小直径整体硬质合金立铣刀的好处。到现在为止,已经对该领域的前景做出了评价,指出了它潜在的优缺点。但是,一款新刀具概念可以更充分开发这个领域。

  尽管可转位刀片技术可以提供许多好处,但是,特别是在刀具直径不大的情况下,具有较长的径向切削刃以及轴向进给能力的现代整体硬质合金切削方式提供了很重要的优势,包括高精度、高表面质量、吃刀性能和轻切削作用等。使用可转位刀片刀具仅需快捷地更换刀具的切削部分,优化开发这部分的性能,可以增加使用优势。

  可转位刀片立铣刀的直径最小到12mm,小于这个直径时,刀片的安装和夹紧都变得不实际。另一方面,整体硬质合金立铣刀的直径可以小到1mm以下。10-25 mm的直径是两种类型立铣刀都有的范围,可广泛应用于很多加工工序。可换头式立铣刀将可转位刀片和整体硬质合金完美结合,可转位刀片可用于高生产效率的粗加工到半精加工、整体硬质合金则用于半精加工到超精加工。作为第三种选择,头部可拆卸的立铣刀在二者的交叉应用领域具有可优化的潜力。

  CoroMill 316可换头式刀具的关键部分是切削头和刀体的接口。接口的最重要部分之一是具有专门开发的、已获专利的自对中螺纹,用于拉起并按住顶部到刀柄内(用于拉紧刀头与刀体),没有丝毫间隙。轴向支撑面和径向支撑面一样大,切削头的内端沿着锥面被支撑在刀柄的内部,这样就可以提供最高的弯曲强度。只需稍稍转动一下扳手,就可以轻松固定和拧紧切削刀具的切削头。切削头和刀柄之间的独特接口为全槽粗加工工序提供了高刚性、为精密精加工工序提供了高精度。CoroMill 316刀具具有轴向刀具长度的可重复性和限制在0.02毫米内的径向跳动量。

  CoroMill 316刀具具有平衡式设计,因此能使用相对高的主轴转速。高转速和多齿切削头的组合提供了非常高的进给率和高切削速度。可换头式概念也使刀具槽形可轻松适应工件材料,而无需过多地考虑刀具稳定性,传统的整体硬质合金刀具的刀具稳定性会受到芯部直径的影响。

  用于更高速度的刀片牌号

  当讨论用于可转位铣刀的刀片牌号时,高速切削要求使用性能更高的刀片牌号,特别是在生产效率比切削通用性更需优先考虑时尤为如此。当金属去除率和加工周期在模具铣削中需要予以优先考虑及切削工况良好时,通用牌号的性能可能不够好。当采用高切削速度、长时间接触和材料更硬时,可能会出现月牙洼磨损、热裂纹和塑性变形等愈发剧烈的现象,这就会降低刀具的使用寿命及可预测性。

  为了在提高切削参数时获得更高的加工安全性,对耐磨性的要求显然高于对韧性的要求。因此,为了使刀片更硬,应考虑在钢模具应用中使用ISO P20刀片牌号。这是为了尽量避免切削刃过早破损,从而获得更高的切削参数。为了更进一步改善切削性能,一般应考虑在钢模具铣削中不使用任何冷却液。

  由于如今普遍采用高切削率,即便冷却液的量很大也很难对切削刃有明显的影响,因此应采用干铣削。湿切削时大部分冷却液被蒸发了,剩下的冷却液仅能在刀片进入和退出时对刀片起到断续的冷却作用。此时,热量的变动被放大了,这会对刀片产生比实际高温更糟糕的影响。现代涂层牌号专用于钢的高速铣削,具有在高切削速度和高进给条件下无需冷却液就能提供高安全性的能力,但是,大部分牌号在干加工和湿加工条件下都能良好地工作。

  高速度和高进给意味更多的热量。但是,采用GC4220等钢铣削牌号就不会成为负面因素。它是一种ISO P20、CVD涂层牌号,专用于通过高切削参数获得最高性能。一些工序对生产效率的要求高于通用性的要求,因此要求更高的耐磨性,也许这也是对付更硬钢的方法之一。因此,与热有关的磨损机理变为更为优先考虑的问题,并需要能承受这种切削刃破损的牌号。GC4220成为通过更高的切削速度缩短切削时间的首选,它的应用范围宽广,甚至成为许多钢模具材料的优化器,并成为高热问题的铸铁铣削的良好选择。

  小切深下的更快进给和更高速度

  如今,在许多模具车间中,数控铣削的趋势是在执行完粗加工后,就采用更高的进给率和更小的切深进行加工。这对机床有益,它改善了加工结果。功率限制也是越来越多要考虑的因素,特别在锥度为ISO40和30的加工中心上。当今机床的更高速度和进给也意味着能够更高效地使用小直径铣刀并通过重复走刀来切削方肩和端面。这些因素有助于为新一代方肩铣刀设置发展的方向。因此,在新的CoroMill铣刀系列中,CoroMill490铣刀的最大深度应在较低值:5.5mm,推荐值为4mm。这也为配备方刀片的新方肩铣刀提供了机会,同时还是通过精确和安全的刀片定位获得刀片高稳定性以及良好刀具经济性的基础。

  CoroMill 490刀片已优化了刀片支撑点,并将其沿着刀座边缘尽可能远离放置,从而就能把切削力的影响降到最低,这种切削力很容易使刀座上的刀片出现移动。与长的切削刃径向吃刀相比,小的切削深度趋向用刀片螺钉放大杠杆效应。但是,CoroMill 490的结构补偿了这点,它保证了高稳定性。高稳定性是保证铣削中较大的每齿进给量、一致的高精度和表面质量以及长刀具寿命的先决条件。

  在一些应用场合,加工大直径的能力对零件设计需求是至关重要的,要求必须有标准范围很宽的铣刀、定制或专用的刀片半径。CoroMill 490刀片的刀尖半径介于0.4-1.6mm之间,适应方肩铣中的精加工到粗加工应用需求。

  对于高速切削中CoroMill 490的能力而言,刀片所用的独特的、全新的平行锻的成功研发是关键的创新因素之一。这种刀具已获证明,即能获得最佳的去除率/单位功率。

  结论

  随着各种切削刀具的不断发展,铣削在高速切削的性能方面已经提升到了一个新的水平,使用全新的可转位刀片立铣刀提高了高速度和高进给铝模具的切削能力。新的可转位刀具部分基于全新的刀片—刀体接口,这种接口能在高主轴转速下牢牢地固定刀片。新的刀体与可互换刀具切削头之间的接口创新在两个方面都做到了最佳,从而将整体硬质合金刀具的切削性能提升到一个新的高度。全新的涂层硬质合金刀片牌号的发展直接影响了高切削速度下刀片的耐用性。采用可转位刀片的方肩立铣的新发展为模具制造的铣削开辟了新的天地。


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