鋁合金在加工刀具中的應(yīng)用
2016/6/22 11:06:01
加工鋁合金，尤其是在小余量切削的精加工時(shí)，可轉(zhuǎn)位刀片刃口通常顯得較鈍，常常導(dǎo)致“犁削”效應(yīng)的產(chǎn)生，切削刃也容易猛然切入工件，引起切削力突然增加。
切削力的突然增加導(dǎo)致讓刀過大以及功率需求過高。上述問題因切削刃的需求而變得更為復(fù)雜，精加工時(shí)必須使用鋒利的正前角切削刃，而粗加工時(shí)為確保金屬去除率，要求切削刃具有足夠強(qiáng)度。因此，考慮到切削力、切削刃切入、切屑形成、穩(wěn)定性以及刀片定位和夾緊，需要一種新的方法來使用可轉(zhuǎn)位刀片。
切削刃上所產(chǎn)生的切削力當(dāng)銑削刀具的切削刃切入工件時(shí)，猛然的撞擊將引起刀具的振動(dòng)。所產(chǎn)生的切削力主要取決于切屑厚度，該厚度與進(jìn)給成一定比例。最初誘發(fā)的刀具振動(dòng)將改變后續(xù)的切屑厚度，隨后當(dāng)切削力變化而反過來引起加工系統(tǒng)的振動(dòng)加劇時(shí)，該厚度可能還會(huì)繼續(xù)增加。切削力的方向和變動(dòng)幅度在很大程度上決定了振動(dòng)趨勢(shì)。此類再生振動(dòng)也稱作顫振，如果不加以抑制，切削力的變化幅度就會(huì)增大，從而使切削后的表面粗糙度下降，產(chǎn)生接刀，甚至導(dǎo)致切削刃和刀具損壞，此外還會(huì)對(duì)機(jī)床主軸產(chǎn)生不利影響。
為此，必須在切削開始時(shí)就抑制切削力的劇烈的變動(dòng)從而抑制振動(dòng)趨勢(shì)，這也是采用防振刀具的主要原因。不過在許多情況下，這是通過對(duì)刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化而實(shí)現(xiàn)的。建立合乎要求的模型(能夠準(zhǔn)確計(jì)算和預(yù)測(cè)切削力)是開發(fā)新刀片槽形的主要依據(jù)之一。隨后，高級(jí)FEM仿真展示了許多答案，涉及刃線、前角和斷屑器的組合式設(shè)計(jì)以及刀片后刀面上的切削刃新特性的開發(fā)與優(yōu)化。這在很大程度上基于通過測(cè)定的模態(tài)參數(shù)而計(jì)算出的振動(dòng)波形。
刃帶的因素
眾所周知，在銑削鑄鐵時(shí)，后刀面的磨損會(huì)形成一定程度的振動(dòng)阻尼。后刀面的磨損區(qū)域與已加工面摩擦，吸收振動(dòng)能量，從而導(dǎo)致振幅衰減。從邏輯上講，該效應(yīng)也應(yīng)該能夠用于抑制其他類型的銑削振動(dòng)。該項(xiàng)技術(shù)所面臨的難點(diǎn)是如何合理地將專門設(shè)計(jì)的后刀面磨損帶用作主后刀面。為了獲得正確的阻尼效應(yīng)，它在刀片上的位置、角度、寬度以及用在切削刃上的范圍都需要相當(dāng)精確，并且與刀片上的其他設(shè)計(jì)因素也應(yīng)具有正確的關(guān)系。
如果這種技術(shù)應(yīng)用得當(dāng)，起緩沖作用的后刀面刃帶可抑制刀具變形量的增加，從而控制切屑厚度與徑向切削力。山特維克可樂滿已獲專利的新型刀片設(shè)計(jì)的秘密在于，當(dāng)?shù)镀衅x工件的趨勢(shì)時(shí)，其刃帶將在刀具開始向后彎曲的瞬間與工件上相應(yīng)形成的已加工曲面接觸——從而防止在加工期間刀具振幅的增加。這意味著該刀片有持續(xù)的穩(wěn)定效應(yīng)，該效應(yīng)也是切削作用的一部分。專門設(shè)計(jì)的主后角刃帶與工件之間偶爾短暫的接觸非常輕柔，不會(huì)對(duì)刀具切削性能、磨損發(fā)展或毛刺形成產(chǎn)生任何影響，其結(jié)果是：徑向切削力的變化相當(dāng)小。
該技術(shù)成功的關(guān)鍵在于主后角刃帶相對(duì)于刀片幾何構(gòu)型和刀具直徑的尺寸和位置。然后，通過具有切削過程仿真的有限元分析來評(píng)估切削合力、切屑形成以及刀片中應(yīng)力水平的分布。
直徑的因素
對(duì)于徑向切削力的影響來說，小到中等直徑刀具剛性不好，較易發(fā)生偏斜，而大直徑刀具則比較穩(wěn)定，它們對(duì)防振的要求也不一樣。此外還發(fā)現(xiàn)，進(jìn)給率不是影響徑向切削力的主要因素，在刀具的不同的進(jìn)給之間(通常每齒進(jìn)給量為0.25mm和0.35mm)，徑向切削力的大小只有些許的變化。對(duì)于典型的直徑25mm鋁合金銑刀，其刀片上的刃帶呈1°、0.1mm寬，并且與曲線形切削刃完全匹配。
鋁合金是一種具有良好可加工性的材料，其材料單位切削力約為鋼的三分之一，熔點(diǎn)為625度。
這種低熔點(diǎn)意味著無論切削速度有多高，切削區(qū)的溫度都不會(huì)超過625度。在出現(xiàn)過度磨損、對(duì)切削刃的強(qiáng)度沒有影響之前，硬質(zhì)合金刀片可以承受很高的溫度。
更高的切削速度對(duì)功率的要求也會(huì)隨之提高。事實(shí)上，鋁合金高速加工時(shí)的一個(gè)常見問題是需要很大的機(jī)床功率，這往往會(huì)導(dǎo)致單位功耗下金屬去除率偏低。因此，通常要求機(jī)床在高轉(zhuǎn)速下仍能提供盡可能大的輸出功率——在高速加工鋁合金時(shí)，由于刀具的改進(jìn)而使所需功率降低是非常有益的。
從刀具的觀點(diǎn)來看，主切削力對(duì)功率需求具有決定性影響。降低單位材料去除量所需的功率對(duì)鋁合金銑削應(yīng)用有著很明顯的正面影響，具體表現(xiàn)在每道工序的生產(chǎn)效率更高，并且機(jī)床加工能力也更強(qiáng)。前角除了決定切削是否輕快之外，也會(huì)影響到主切削力。新型刀片設(shè)計(jì)通過增大前角，同時(shí)與刀片幾何構(gòu)型的其余部分相互匹配，可盡可能地減少切削力，利用新型的CoroMill790刀片設(shè)計(jì)大大降低了功率要求。
蘇州標(biāo)新模型有限公司創(chuàng)立于2005年,是一家專注于中高端手板制作的大型模型公司。于2013年成立了分公司蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司，主要專注于非標(biāo)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造、機(jī)加工、機(jī)械加工、模具加工、非標(biāo)零件加工以及各類治具加工。鋁合金產(chǎn)品加工 工裝治具 硅膠模具 手板模型 蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司 蘇州標(biāo)新精密機(jī)械 蘇州標(biāo)新非標(biāo)機(jī)械設(shè)備
切削力的突然增加導(dǎo)致讓刀過大以及功率需求過高。上述問題因切削刃的需求而變得更為復(fù)雜，精加工時(shí)必須使用鋒利的正前角切削刃，而粗加工時(shí)為確保金屬去除率，要求切削刃具有足夠強(qiáng)度。因此，考慮到切削力、切削刃切入、切屑形成、穩(wěn)定性以及刀片定位和夾緊，需要一種新的方法來使用可轉(zhuǎn)位刀片。
切削刃上所產(chǎn)生的切削力當(dāng)銑削刀具的切削刃切入工件時(shí)，猛然的撞擊將引起刀具的振動(dòng)。所產(chǎn)生的切削力主要取決于切屑厚度，該厚度與進(jìn)給成一定比例。最初誘發(fā)的刀具振動(dòng)將改變后續(xù)的切屑厚度，隨后當(dāng)切削力變化而反過來引起加工系統(tǒng)的振動(dòng)加劇時(shí)，該厚度可能還會(huì)繼續(xù)增加。切削力的方向和變動(dòng)幅度在很大程度上決定了振動(dòng)趨勢(shì)。此類再生振動(dòng)也稱作顫振，如果不加以抑制，切削力的變化幅度就會(huì)增大，從而使切削后的表面粗糙度下降，產(chǎn)生接刀，甚至導(dǎo)致切削刃和刀具損壞，此外還會(huì)對(duì)機(jī)床主軸產(chǎn)生不利影響。
為此，必須在切削開始時(shí)就抑制切削力的劇烈的變動(dòng)從而抑制振動(dòng)趨勢(shì)，這也是采用防振刀具的主要原因。不過在許多情況下，這是通過對(duì)刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化而實(shí)現(xiàn)的。建立合乎要求的模型(能夠準(zhǔn)確計(jì)算和預(yù)測(cè)切削力)是開發(fā)新刀片槽形的主要依據(jù)之一。隨后，高級(jí)FEM仿真展示了許多答案，涉及刃線、前角和斷屑器的組合式設(shè)計(jì)以及刀片后刀面上的切削刃新特性的開發(fā)與優(yōu)化。這在很大程度上基于通過測(cè)定的模態(tài)參數(shù)而計(jì)算出的振動(dòng)波形。
刃帶的因素
眾所周知，在銑削鑄鐵時(shí)，后刀面的磨損會(huì)形成一定程度的振動(dòng)阻尼。后刀面的磨損區(qū)域與已加工面摩擦，吸收振動(dòng)能量，從而導(dǎo)致振幅衰減。從邏輯上講，該效應(yīng)也應(yīng)該能夠用于抑制其他類型的銑削振動(dòng)。該項(xiàng)技術(shù)所面臨的難點(diǎn)是如何合理地將專門設(shè)計(jì)的后刀面磨損帶用作主后刀面。為了獲得正確的阻尼效應(yīng)，它在刀片上的位置、角度、寬度以及用在切削刃上的范圍都需要相當(dāng)精確，并且與刀片上的其他設(shè)計(jì)因素也應(yīng)具有正確的關(guān)系。
如果這種技術(shù)應(yīng)用得當(dāng)，起緩沖作用的后刀面刃帶可抑制刀具變形量的增加，從而控制切屑厚度與徑向切削力。山特維克可樂滿已獲專利的新型刀片設(shè)計(jì)的秘密在于，當(dāng)?shù)镀衅x工件的趨勢(shì)時(shí)，其刃帶將在刀具開始向后彎曲的瞬間與工件上相應(yīng)形成的已加工曲面接觸——從而防止在加工期間刀具振幅的增加。這意味著該刀片有持續(xù)的穩(wěn)定效應(yīng)，該效應(yīng)也是切削作用的一部分。專門設(shè)計(jì)的主后角刃帶與工件之間偶爾短暫的接觸非常輕柔，不會(huì)對(duì)刀具切削性能、磨損發(fā)展或毛刺形成產(chǎn)生任何影響，其結(jié)果是：徑向切削力的變化相當(dāng)小。
該技術(shù)成功的關(guān)鍵在于主后角刃帶相對(duì)于刀片幾何構(gòu)型和刀具直徑的尺寸和位置。然后，通過具有切削過程仿真的有限元分析來評(píng)估切削合力、切屑形成以及刀片中應(yīng)力水平的分布。
直徑的因素
對(duì)于徑向切削力的影響來說，小到中等直徑刀具剛性不好，較易發(fā)生偏斜，而大直徑刀具則比較穩(wěn)定，它們對(duì)防振的要求也不一樣。此外還發(fā)現(xiàn)，進(jìn)給率不是影響徑向切削力的主要因素，在刀具的不同的進(jìn)給之間(通常每齒進(jìn)給量為0.25mm和0.35mm)，徑向切削力的大小只有些許的變化。對(duì)于典型的直徑25mm鋁合金銑刀，其刀片上的刃帶呈1°、0.1mm寬，并且與曲線形切削刃完全匹配。
鋁合金是一種具有良好可加工性的材料，其材料單位切削力約為鋼的三分之一，熔點(diǎn)為625度。
這種低熔點(diǎn)意味著無論切削速度有多高，切削區(qū)的溫度都不會(huì)超過625度。在出現(xiàn)過度磨損、對(duì)切削刃的強(qiáng)度沒有影響之前，硬質(zhì)合金刀片可以承受很高的溫度。
更高的切削速度對(duì)功率的要求也會(huì)隨之提高。事實(shí)上，鋁合金高速加工時(shí)的一個(gè)常見問題是需要很大的機(jī)床功率，這往往會(huì)導(dǎo)致單位功耗下金屬去除率偏低。因此，通常要求機(jī)床在高轉(zhuǎn)速下仍能提供盡可能大的輸出功率——在高速加工鋁合金時(shí)，由于刀具的改進(jìn)而使所需功率降低是非常有益的。
從刀具的觀點(diǎn)來看，主切削力對(duì)功率需求具有決定性影響。降低單位材料去除量所需的功率對(duì)鋁合金銑削應(yīng)用有著很明顯的正面影響，具體表現(xiàn)在每道工序的生產(chǎn)效率更高，并且機(jī)床加工能力也更強(qiáng)。前角除了決定切削是否輕快之外，也會(huì)影響到主切削力。新型刀片設(shè)計(jì)通過增大前角，同時(shí)與刀片幾何構(gòu)型的其余部分相互匹配，可盡可能地減少切削力，利用新型的CoroMill790刀片設(shè)計(jì)大大降低了功率要求。
蘇州標(biāo)新模型有限公司創(chuàng)立于2005年,是一家專注于中高端手板制作的大型模型公司。于2013年成立了分公司蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司，主要專注于非標(biāo)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造、機(jī)加工、機(jī)械加工、模具加工、非標(biāo)零件加工以及各類治具加工。鋁合金產(chǎn)品加工 工裝治具 硅膠模具 手板模型 蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司 蘇州標(biāo)新精密機(jī)械 蘇州標(biāo)新非標(biāo)機(jī)械設(shè)備