分析高速切削加工刀具技術(shù)的選擇
發(fā)布日期:2014-07-25 蘭生客服中心 瀏覽:3987
高速加工的定義
高速加工,就是采用超硬材料的刀具,通過極大地提高切削速度和進(jìn)給速度,來提高材料切除率、加工精度和加工表面質(zhì)量的一種現(xiàn)代加工技術(shù),即以較快的生產(chǎn)節(jié)拍對(duì)零件進(jìn)行加工。高速加工的一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍一般包括:零件送進(jìn)→定位夾緊→刀具快進(jìn)→刀具工進(jìn)→刀具快退→工具松開、卸下零件→質(zhì)量檢測(cè)等七個(gè)基本生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
在高速加工中,高速主要體現(xiàn)在刀具快進(jìn)、工進(jìn)及快退 3 個(gè)環(huán)節(jié)上。
一般主軸轉(zhuǎn)速≥ 8 000r/min,最高可達(dá)到:10 000 r/min~150 000 r/min ; 進(jìn)給速度超過 40 m/min,為普通切削的 5 倍 ~10 倍;轉(zhuǎn)速特征值達(dá)到 0.5~200×106,換刀時(shí)間:3s~5s,最快可以達(dá)到 0.7s~1.5s。高速加工切削速度隨加工方法不同有所不同,也隨加工材料不同而不同。例如 :車削: 700m/min~7000m/min, 銑削:300m/min~6 000m/min,鋁合金:1 000m/min~7 000m/min,鑄鐵:800m/min~3 000m/min。
高速切削加工刀具技術(shù)的選擇
刀具作為高速切削加工技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵因素,它對(duì)產(chǎn)品加工效率、生產(chǎn)成本、加工質(zhì)量等都具有直接的影響。在生產(chǎn)加工過程中,刀具不僅要承受高切削力、高溫、振動(dòng)、沖擊等載荷,而且還應(yīng)具有良好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性,即具有高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、抗氧化能力強(qiáng)和抗沖擊能力強(qiáng)等特性。
此外,與傳統(tǒng)切削加工相比 ,由于高速切削速度高 ,導(dǎo)致前刀面摩擦力增大,使刀具接觸面溫度增高,要求刀具具有高熔點(diǎn)、高耐熱性、抗熱沖擊性能、高溫力學(xué)性能等。同時(shí) ,為了保證高速切削的加工要求,在刀具材料選定后,應(yīng)選擇合理的刀具裝夾結(jié)構(gòu)、刀具幾何參數(shù),同時(shí)考慮刀具的安全性。
刀具材料選擇
根據(jù)高速切削刀具的作業(yè)強(qiáng)度,其刀具材料應(yīng)具備以下幾個(gè)性能:
1)高硬度和高韌性,能夠承受刀具高速回轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng),不發(fā)生崩刃和斷裂現(xiàn)象 ;
2)高耐熱性,能夠承受刀具高速作業(yè)過程的高溫,并具有較強(qiáng)的抗氧化能力。
3)高耐磨性,保證刀具在高速切削中,不易形成鋸齒形和厚度變化的斷續(xù)切屑,有效防止刀具的動(dòng)平衡性破壞,而導(dǎo)致刀具加速磨損。
除了以上性能之外,還要求刀具材料必須具備抗熱沖擊性、抗斷裂和塑性變形的能力。目前高速刀具材料主要以涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN 為主。其中采用TiC 為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性比較好,且具有耐氧化性、耐磨性和抗粘結(jié)性,適合模具鋼加工;以 SiN 陶瓷、Ti 基陶瓷、TiCN 涂層為材料的高速硬質(zhì)刀具適合加工高強(qiáng)度鑄鐵件及精鍛結(jié)構(gòu)鋼件;采用聚晶金剛石(PCD)、超細(xì)硬質(zhì)合金刀具適合加工鑄鋁合金件;采用高粉末 Co 冶金表面涂覆的高速鋼整體拉刀、滾刀適用于加工各種精鍛鋼件、鑄鐵件;金屬陶瓷硬度和抗斷裂性與硬質(zhì)合金基本相當(dāng),但導(dǎo)熱系數(shù)卻不及硬質(zhì)合金的 1/10,且具有優(yōu)異的抗粘結(jié)性、耐氧化性和耐磨性,比較適合于模具鋼加工。
涂層硬質(zhì)合金由于耐磨性好,且能很好的保持刃口形狀 ,使零件有高的精度和表面加工質(zhì)量,如聚晶金剛石或金剛石涂層刀具常用于加工有色金屬或非金屬材料。
刀具裝夾結(jié)構(gòu)的選擇
高速切削加工在對(duì)切削刀具的剛性和高機(jī)械性能具有很高要求的同時(shí),對(duì)刀具的裝夾力與裝夾精度也有比較高的要求。刀具系統(tǒng)中,裝夾刀柄與刀具組成了一個(gè)完整的刀具體。在刀具高速旋轉(zhuǎn)加工過程中 ,由于離心力及震動(dòng)的影響 ,刀具系統(tǒng)可能導(dǎo)致振動(dòng)或傾斜 ,使加工精度降低,刀具磨損加劇 ,降低機(jī)床使用壽命。這就要求刀具系統(tǒng)有高的幾何精度、裝夾剛度和裝夾定位精度。而普通切削加工中大多采用 7:24 錐度單面夾持刀柄系統(tǒng),這類常規(guī)刀柄在高速切削時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)剛性不夠、重復(fù)定位精度不穩(wěn)定、不利于快速換刀等現(xiàn)象。
為了提高剛性和裝夾精度,目前國(guó)外普遍采用 1:10 錐度的 HSK 空心刀柄,它主要依靠空心薄壁的徑向膨脹量保持與主軸內(nèi)錐孔變形來實(shí)現(xiàn)夾緊 ,采用小錐面的夾緊力提高接口承載能力及良好的定位作用,具有換刀快、重復(fù)定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。如山特維克可樂滿公司的刀柄系統(tǒng)。
刀具幾何參數(shù)選擇
刀具材料選定后 ,刀具幾何參數(shù)的選擇會(huì)直接影響到刀具壽命及切削速度 ,一般來說應(yīng)選擇高強(qiáng)度的刀片。對(duì)圓刀片和球頭銑刀 ,注意有效直徑的概念。與普通切削不同 ,高速切削時(shí)刀具的前角應(yīng)小 10°,后角應(yīng)大 5°~8°。由于后角在高速切削時(shí)的進(jìn)給速度高 ,為了減少刀具與工件之間的摩擦 ,后角選擇 120°以上 ;為了減少切屑流出阻力和降低刀具的磨損 ,刀具前角選擇 120°左右;刃傾角影響切屑的方向和切削力的大小,一般刃傾角選擇為 150°~100°,這樣以減小切削時(shí)刀具的磨損,提高刀具的使用壽命。
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