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高性能切削中切削刀具的选择(一)

作者:admin    来源:本站    发布时间:2014-06-18    浏览量:827
 在高性能切削中,五种能提升切削刀具性能的方法已经显著改善了切削刀具的经济性,缩短了刀具供货时间,并提高了刀具质量,还能使用户获得更大的收益。
    目前切削刀具除去其自身功能以外,被作为“合理化工具”的应用正不断提升其经济性,这得益于不断进行的多方面的刀具开发,而不是仅仅通过孤立的性能优化来实现。例如,仅通过延长刀具使用寿命——通常采用当今广泛沿用的肤浅评价标准——来降低加工成本的作用相对有限。
    生产工程中的整体平衡对于切削刀具,尤其与HPC(高性能切削)相匹配的切削刀具,所产生的影响也不能仅仅归因于切削时间的急剧上升,其实HPC更多的是作为单个措施带来收益。只有在全面考察所有单个措施之后才能得出刀具的真实性能参数,而下面的每一个措施都能不断优化其性能:
    (1)将使用寿命提升1500%;
    (2)摆脱不稳定比例关系的影响,减小切削过程中的振动;
    (3)将每齿进给量提高500%;
    (4)将切削时间提高超过200%;
    (5)在粗加工中获得精加工的精度并提升刀具的多功能性。
    如何利用大功率切削中的自由增长能量?
    这五个性能优化措施的整体平衡能显著提高各技术优势带来的经济性。用户可以明显地感受到缩短供货时间和提高刀具质量所带来的收益。
    技术飞跃的前提是需要解决下面的所有问题,这些都是由LMT(Leitz Metalworking Technology)在其进行全面技术革新项目的开始阶段所提出的:如何降低刀具对加工过程中其他部分(机床、工件和夹具)产生的静态和动态力学方面的作用,从而降低这些作用力并同时利用大功率切削中潜在的能量?
    解决这些问题的有说服力的方案的出发点是切削角“调整螺栓”、切削力分配和切削策略。LMT集团最新的硬质金属基材和涂层,以及现代化的装夹技术为通过最高科技水平来实现加工目的提供了必要的框架概念。
    具有尽可能大切削前角和切削螺旋角的刀具几何形状
    下文所述的五种显著提高HPC性能解决方案中的第一种以新的刀具几何形状为基础,即具有尽可能大的切削前角和切削螺旋角(以不影响切削稳定性为前提)。
    LMT集团Kieninger公司开创了一种名为Lahr的全新方法,即采用由球面和螺旋形切削结构组成的硬质金属刀片WPR-AR(AP Application Roughing)。这种新式刀片与没有螺旋形切削结构的转盘刀片WPR-16-CF相比,能带来性能飞跃:刀具寿命提高了1680%。这个数值是经过使用直径16mm的带柄刀具按照以下条件对材料1.2344进行铣削而获得的:切削速度Vc=326m/min,转速n=6500r/min,每齿进给量fz=0.2mm,进给速度Vf=2500mm/min,ap=3mm,ae=4mm。
    刀具使用寿命因此由20m提高到了337m。
    配备两把可转位刀片进行切削加工
    HPC的第二种解决方案依靠引入低振动切削(LVC,Low Vibration Cutting)来实现。这种创新切削策略的原理是分段完成端面切削和使用刀具上两把位置不同的可转位刀片来完成圆周切削。这样的“分段切削方式”能在相对较短的切削长度上产生相对较大的切屑,从而降低振动和切削力,并且能兼顾不稳定情况从而获得相当稳定的切削过程。
    下面是刀具低振动切削的实例:用一把63mm直径的铣刀和六个可转位刀片加工52号钢工件,总悬臂长度为280mm,切削条件如下:Vc=160m/min,n=1000r/min,fz=0.4mm,Vf=1900mm/min,ae=20mm,ap=3mm。这种可以节省切削力和提高切削质量的分段切削方法,正如LMT公司所使用的可转位刀片铣刀——黑色表面带润滑的“TwinCut Vario”刀具——取代了一体式的带柄刀具。在具有润滑的全硬金属带柄铣刀“DHC”(可变螺旋线铣刀)的实例中,选择不同的螺旋线节距进行铣削会产生不同截面积的切屑。通过这种方式就可以有效抑制简谐振动(同步共振),从而提高刀具和整个加工过程的稳定性,最终获得最小粗糙度的切面。此外,使用高性能刀具还能给制造过程带来更薄的壁厚,正如在飞机制造中整体结构件所要求的那样。这种方法对于获得良好的表面质量、较大的测量和成型精度的经济性具有重要意义。
    通过“扩展”的方式还能使刀具获得多样性功能,均适用于粗加工和精加工,并降低换刀费用并缩短生产周期。
    下面是使用多功能带柄铣刀“DHC”进行粗加工和精加工的实例:对材料1.2312进行铣削:粗加工:铣键槽,ae=12mm,ap=24mm(2×D);精加工:铣倒角,ae=0.5mm,ap=15mm。可在较大轴向进给量的情况下实现低振动铣削。
    更大的切削半径可以降低径向切削分力。
 

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