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古代数控机床切削任务对刀具的要求剖析

公布日期:2018-12-14 作者:奥来利精工 点击:

随着数控机床和加工中央等高效设置装备摆设使用的日渐遍及,在航空航天、汽车、高速列车、风电、电子、动力、模具等配备制造业的绝后开展推进下,切削加工已迈入了一个以高速、高效和环保为标记的高速加工开展的新时期—古代切削技能阶段。

 

    高速切削、干切削和硬切削作为以后切削技能的紧张开展趋势,其紧张位置和脚色日益凸显。对这些先辈切削技能的使用,不只令加工服从成倍进步,亦着实推进了产物开辟和工艺创新的历程。比方,精细模具硬质资料的型腔,接纳高转速、小进给量和小吃深加工,既可取得很高的外表质量,又可以免却磨削、EDM和手工抛光或增加相应工序的工夫,从而延长消费工艺流程,进步消费率。

 

    过来一些企业制造庞大模具时,根本上都需求3~4个月才干交付运用,而如今接纳高速切削加工後,半个月便可完成。据观察,普通的工模具,有60%的机加工量可用高速加工工艺来完成。

 

    高速加工时,不光要求刀具牢靠性高、切削功能好、能波动地断屑和卷屑、还要能告竣高精度,并能完成快换或主动改换等。因而,对刀具资料、刀具构造、以及刀具的装夹都提出了更高要求。

 

    对刀具资料的要求

 

   高速加工刀具最突出的要求是,既要有高的硬度和低温硬度,又要有充足的断裂韧性。为此,须选用细晶粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具资料—它们各有特点,顺应的工件资料和切削速率范畴也都差别。比方,高速加工铝、镁、铜等有色金属件,次要接纳PCDCVD金刚石膜涂层刀具。高速加工铸件、淬硬钢(50~67HRC)和冷硬铸铁次要用陶瓷刀具和PCBN刀具。

 

   上海群众汽车无限公司接纳Seco刀具(上海)公司消费的立方氮化硼CBN300刀单方面铣刀,在柔性消费线上高速铣落发动机缸体立体(铸件),切削速率高达1600m/min,进给速率5000mm/min。用PCD刀具加工铝合金的切削速率普通为3000-4000m/min,最高更可达7500m/min。而用陶瓷和PCBN刀具加工淬硬钢和冷硬铸铁时的切削速率已达200m/min

 

    1.硬质合金已迈入细晶粒超细晶粒阶段

 

    涂层硬质合金刀具(TiNTiCTiCNTiAlN)虽其加工工件资料范畴广,但抗氧化温度普通不高,以是通常只宜在400-500m/min的切削速率范畴内加工钢铁件。对於Inconel718低温镍基合金可运用陶瓷和PCBN刀具。据报道,加拿大学者用SiC晶须增韧陶瓷铣削Inconel718合金,引荐最佳的切削条件为:切削速率700m/min,吃深为1-2mm,每齿进给量为0.1-0.18mm/z

 

    现在,硬质合金已进入细晶粒(1-0.5μm)和超细晶粒(<0.5μm)的开展阶段,过来细晶粒多用於K(WC+Co)硬质合金,近几年来P(WC+TiC+Co)M(WC+TiC+TaCNbC+Co)硬质合金也向晶粒细化偏向开展。

 

    以往,为进步硬质合金的韧性,通常是添加钴(Co)的含量,由此带来的硬度低落现在可以经过细化晶粒失掉赔偿,并使硬质合金的抗弯强度进步到4.3GPa,已到达并超越平凡高速钢(HSS)的抗弯强度,改动了人们广泛以为P类硬质合金适於切钢、而K类硬质合金只适於加工铸铁和铝等有色金属的选材格式。

 

    接纳WC基的超细晶粒K类硬质合金,异样可加工种种钢料。细晶粒硬质合金的另一个长处是刀具刃口尖利,尤其适於高速切削粘而韧的工件资料。以日本不贰越公司开辟的AQUA麻花钻为例,其用细晶粒硬质合金制造,并涂覆耐热、耐摩擦的光滑涂层,在高速湿式加工构造钢和合金钢(SCM)时,切削速率200m/min,进给速率1600mm/min,加工服从进步了2.5倍,刀具寿命进步2倍;干式钻孔时,切削速率150m/min,进给速率1200mm/min

 

   2.涂层提拔到开辟厚膜、复合和多元涂层的新阶段

 

   现现在,涂层已进入到开辟厚膜、复合和多元涂层的新阶段,新开辟的TiCNTiAlN多元超薄、超多层涂层(有的超薄膜涂层数可多达2000层,每层厚约1nm)TiCTiNAl2O3等涂层的复合,加上新型抗塑性变形的基体,在改进涂层的韧性、涂层与基体的联合强度、进步涂层的耐磨性方面有了严重停顿,片面进步了硬质合金的功能。

 

    涂层刀具已成为古代切削刀具的标记,在刀具中的运用比例到达60%。涂层硬质合金刀具的产物现已出现品牌化、多样化和通用化的趋势。比方,德国施耐尔(Schnell)公司用纳米技能推出的一种超短命命LL涂层立铣刀,用其加工零件硬度超越70HRC淬硬模具钢材时,刀具寿命可延伸2-3倍。

 

    瑞典Sandvik公司新推出的3种涂层刀片(GC4225GC4240GC1030)具有较广的通用性,GC4225(打破一号)作为GC4025(P25)牌号的晋级产物,用其加工汽车曲轴钢锻件时,在相反切削条件下的刀具寿命为每个切削刃可加工41个零件,而GC4025每个切削刃能加工的零件数量为14个。

    山高(Seco)Jabro全新推出的全体硬质合金通用加工铣刀Solid2系列刀具不只接纳了新材质,更导入新的涂层,可实用的加工温度由平凡刀具的800摄氏度进步到了现有的1100摄氏度,明显进步了加工服从和刀具寿命。同时,Solid2系列均接纳了刃口钝化处置和径向全周铲背处置技能,使得刀具的涂层与材质联合愈加完满,刀具的可重磨次数也大幅进步。

 

    美国Kennametal公司推出的H7刀片系TiAlN涂层,专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢而设计。而德国Guhring公司推出的商品名为“Fire”的孔加工刀具涂层,则是一种通用性的复合涂层—融汇有TiNTiCNTiAlN三种涂层,兼具这三种涂层资料的长处,既实用於干切削和硬切削,也合适平凡切削。

 

    特殊值得夸大的是,近几年开展起来的在硬质合金外表涂覆金刚石的技能,使硬质合金不只在玄色金属范畴,并且在有色金属范畴中的切削服从取得了片面进步。由此可知,硬质合金今後仍将是制造高速加工刀具的次要基体资料。

 

   现在,美国、瑞典和日本都相继推出了金刚石涂层的丝锥、钻头、立铣刀和带断屑槽可转位刀片(Sandvik公司的CD1810和美国Kennametal公司的KCD25牌号)等产物,用於有色金属和非金属资料的高速精细加工。而另一种适於加工钢铁资料的CBN涂层也已开辟乐成,并正走向产业试用阶段。

 

 

    对刀具多少参数和断屑槽的要求

 

    1.多少参数

 

    高速切削和干切削时,刀具的次要生效缘由是月牙洼磨损和刀尖处的热磨损。这是由於刀具与切屑、以及刀具与工件打仗区界面上温度较高所惹起的。因而,高速加工比平凡切削加工时的刀具前角要获得稍大一些,以低落切削区温度,并在刃口上作出负倒棱。

 

    为避免刀尖处热磨损,主副切削刃衔接处应接纳修圆刀尖或倒角刀尖,以增大刀尖角,加大刀尖左近刃区切削刃的长度和刀头资料的体积,以进步刀具刚性和增加切削刃破坏的概率。

 

    美国Carboloy公司推出的一种适於干切削用的ME-13新型硬质合金刀片,其具有大前角(34°)、增强刃并有一个带筋的前刀面,明显增加了切屑与刀片前刀面之间的打仗面积,使发生热量被切屑带走。据称,这种刀片任务时的温度比传统刀片要低400℃,能明显减小切削力并使刀具寿命进步一倍以上。该公司用大前角的涂层硬质合金齿冠立铣刀高速铣削硬度高达55HRC模具钢时,切削速率120m/min,进给速率7.6m/min,轴向吃深0.51mm,径向吃深0.25mm,接纳干式切削,刀具运用寿命则长达1.5h

 

    外洋还开辟了带正前角的螺旋形切削刃铣削刀片,使刀具有更公道的多少参数,刀片沿切削刃简直有恒定稳定的前角,背前角或侧前角可由负变正或由小变大,切削愈加轻快颠簸,使可转位面铣刀、立铣刀和槽铣刀的切削功能进步到一个新的程度,刀具寿命可进步50%-250%,切削服从进步30%-40%

 

    美国一家公司接纳这种新型刀片制造的立铣刀干铣削17-4PH不锈钢的周边,切削用量为:铣削速率304m/min,进给速率1270mm/min,每齿进给量为0.14mm/z,20S去除余量36cm3

 

    2.断屑槽型

 

    为能波动地断屑和卷屑,刀片上须作出适宜的断屑槽型。现在,可转位刀片上三维曲面断屑槽型的设计和制造技能已较为成熟,针对差别的工件资料和差别的切削用量,业已开辟出相应的通用断屑槽型系列。

 

    如瑞典Sandvik公司推出的RMF等槽型系列(钢材粗加工、半精加工和精加工相应接纳PRPMPF的槽型,切不锈钢时用MRMMMF的槽型,切铸件和有色金属用KRKMKF的槽型),以及以色列Iscar公司以“霸王刀”为典范的槽型设计都独树一帜。

 

    这些刀片上断屑槽的断屑范畴宽,顺应性好。它们都具有空间切削刃和曲眼前刀面,切削刃上的法前角可调解为零度或负值,而任务前角为适宜的正值,以是切削力小,刃口强度高,抗高速时的磨损才能强,预示着高速加工刀具刃形构造开展的偏向。


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