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铣刀 |
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高效先进的通用面铣刀 |
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面铣刀作为平面加工的主要常用刀具，近年也获得很多创新和发展。面铣刀按用途可分为通用型和专用型两类。通用型能粗，半精加工多种材料的各类零件的平面。专用型则是专用于高效加工某一类零件，某一类材料，某一种切削条件和精度范围的平面铣削。
通用就是要用途广，利用率高，工厂备品品种可减少。在多品种少批量生产中，可及时发挥很大作用。先进的通用面铣刀，首先要保证安全；耐用；操作方便，很快从一种加工转换到另一种加工；对不同的被加工材料，不同的表面特征，不同的加工阶段，不同的切削条件均有较良好的对策，能较高效较高质量地完成加工。三菱公司的ASX445是通用型面铣刀是较杰出的典范。此型号最后数字45表其余偏角=45°（主偏角=90°-余偏角）。国内常用主偏角，45°主偏角的面铣刀在铣出铸铁工件的边缘时，逐渐切除残部，不易产生材料崩落。该公司同类型的ASX400最后两位数字00，表余偏角=0°，主偏角=90°，可知，它除可以铣削平面外，主要可用于加工台阶面。。
面铣刀上可转位刀片的常用安装方法有；楔块式和螺钉式，新型的ASX445通用型面铣刀采用螺钉式，它虽然不能调节刀片伸出量，但它能； ①快速方便地更换同一尺寸，不同材料和涂层和断屑槽的刀片，以适应不同加工要求。②刀片前刀面前有足够的空间和面积，可作出各种断屑槽，满足多种材料和切削条件加工需求，达到通用性好的目的。
ASX445的通用性，先进性及其特点为；
一。安全可靠；既通用又要高效，就应能实现较高速度和较大进给的切削，因此安全非常重要。ASX445为此； ①其刀片除底平面，侧面定位外再加上短圆销定位，短销限制了两个移动自由度即防止了高速回转时刀片飞散。 ②刀垫为硬质合金制，安装接触刚性高，承受夹紧力切削力后的变形极小，防止了可能由之造成事故。 ③它的刀体采用特殊合金钢，表面经特别处理，高温强度高，耐腐蚀性好。在高负荷的条件下，也能进行稳定的切削。④一般螺钉旋进产生夹紧力不够大，ASX445采用TORXPLUS形的扳手和螺钉头内槽，可使夹紧力增加20％。图1为短销定位与TRORXPLUS扳手和螺钉头内槽。 
图1 短销定位和TRORXPLUS扳手和螺钉头内槽
二，使用方便；ASX445型面铣刀，使用中，一个刀角磨损了，为更换另一个刀角，只须松几扣螺纹，刀片回转90°即可。不必拆下螺钉，再拧紧后，即可立刻继续加工。（图2 ）。
图2 快速更换已磨损刀角
三，配备了能高效加工各类被切削材料的新刀片材质和涂层，并注意了通用性- 刀具材料据被切削材料不同全球通行分为六类，即P（低碳钢，碳钢，一般合金钢加工类），M（不锈钢加工类），K（铸铁加工类），N（非铁金属加工类），S（钛合金，耐热合金加工类），H（高硬钢加工类）。但即使同类材料也有不同硬度，表面状况，切削条件，加工阶段，严格地说，与之最匹配的刀具材料与涂层，断屑槽也应有所不同。但过多又会造成繁琐，各类备品增多，影响通用性。ASX445优选了能适应了除N类外，其余5类都能使用的VP15TF材料（图3），VP15TF是在超微粒硬质合金基础上加以优异MIRACLE物理沉积技术生成的（AlTi）N涂层，耐磨性和耐破损性均佳，切削性能稳定。又选择了VP30RT，NX4545两种材料，可加工钢和不锈钢。VP30RT是专用强韧基体与上述物理涂层相结合，最适合炭钢合金钢和不锈钢的强断续表面的铣削（图3）。NX4545是抗黏附性好的金属陶瓷经济性好，可提高加工表面光洁度。 钢类工件为提高切削速度也可选用硬度高耐磨性好，从精加工到重切削都可选用的CVD涂层F7030。铝合金类材料切削力低，刚性差。采用抗振性好价廉无涂层的HTi10效果很好。
在刀片材料的通用性好了，为使它继续不断保持先进性，就应该将新开发的优质高效材料及时充实利用。ASX445对钢，合金钢类被加工材料而言,新刀片材质是MP6120它具有Al-Ti-Cr-N组织构成的PVD多层涂层，它汇集了几种先进涂层及沉积技术而形成超强韧性(TOUGH-Σ-TECHNOLOGY)，大大提高了耐热性耐龟裂性，它的最外面是低摩擦系数优异的抗粘附层，中间是多层结构，可阻止裂纹延伸，并提高其耐破损性能，从而在常用轻至准重切削范围内（ap=0.5-7㎜）延长了使用寿命。加工铸铁类新推出的材料是MC5020。它的表层是微粒高耐磨的三氧化二铝，中间是微细纤维状的氮炭化钛，基体是专用的硬质合金，除通用的VP15TF外MC5020是铸铁铣削首选材料，耐磨性和耐破损性超群，可应付多种加工条件。加工超级耐热合金，如镍基耐热合金，钛合金等时，新推出与MP6120同类的MP9120它抵抗黏附能力更高，与钛合金间的摩擦系数很低。对航空材料加工非常有利。图4为MP6120和MP9120的组织和性能。图3为MC5020的组织功能图。
图3 VP15TF和VP30RT的组织结构图
四，结构形状也要有一定的通用性-ASX445所用刀片都是大小厚薄一样的方形刀片，所谓适应不同切削条件具有较通用的形状结构，主要是在断屑槽设计和选用上。这里所指的断屑槽不是狭义的，实际断屑槽的结构形状包括刀刃棱带的宽度，角度，有几重角度，前刀面上槽的深度，倾斜度，开阔度，障壁和后凸起的高度大小形状分布等。断屑槽功能不仅是及时分断切屑排除切屑，还是实际前刀面前角的形状大小，刃口处理状况，主副刀刃形状等，因此还联系到其他相应功能，如切削力切削热大小，是否锋利，是否安全耐用，是否能适无人管理自动化生产等，有时甚至把修光刃的结构形状也包含进去。不同的工件材料不同的切削条件加工阶段理论上应有具有最适合的断屑槽刀片，但断屑槽种类越多，需备品越多，管理复杂，资金积压，通用性越差。最好是具有几种断屑槽能适应多种多样加工要求就好。
图4 不断改进并新增的刀片材料
ASX445对各种被加工材料除切削力很小的有色金属和铸铁粗加工切黑皮外，在精加工到轻切削均采用双重前角，后面前角较大的JL形断屑槽，在轻切削到准重切削均采用前面小负前角，后面大正前角的JM断屑槽，在中切削到重切削均采用前面有大负前角，中间前刀面是平的，后面是正前角的JH断屑槽。铝合金类切削力小，须抗黏附能力高，应用前角更大的JP断屑槽。铸铁粗加工切黑皮应用抗振性好，强韧的FT断屑槽。
图5 刀片结构形状要适应切削条件又要有相对的通用性
五 可安装修光刃刀片，以满足要求表面质量较高的加工，扩大通用性。修光刃刀片的特点是；具有副偏角小甚至为“零”的刀片,其副刀刃有一定长度。安装后修光刃比普通刃约高出0.03-0.1毫米。这样使面铣刀与工件在切削相对运动中形成的切削残留面积及其高度大大减少，表面粗糙度大为下降。如加工铬鉬钢SCM440，切削条件为V=250米/分，f=1.4毫米/转，使用带物理涂层金属陶瓷VP25N的修光刃刀片。表面粗糙度Rz仅为1.52μm.加工奥氏体不锈钢SUS304（HB117）使用VP15TF材料修光刃刀片，切削速度V=270米/分，f=2.4毫米/转，时，Rz=2.95μm。加工铸铁这种含石墨组织的工件Rz也可达到3.53μm.这对于主要作为粗加工和半精加工用的通用刀具而言，已具有不错的效果啦。修光刃刀片材料采用VP15TF可广泛地用于加工钢，合金钢，不锈钢，铸铁，钛合金，耐热合金，高硬钢。当然为提高加工表面质量，切钢时可采用抗黏附性更好的金属陶瓷和涂层金属陶瓷刀片。高速切铸铁时，可采用新开发的MC5020刀片和立方氮化硼刀片。切铝合金时可采用无涂层K类硬质合金，甚至金刚石刀片。
六 在通用性使用方便安全可靠基础上，ASX445针对不同尺寸，加工部位，被加工材料又开发了系列产品如图 6。
一般中间为孔装刀柄的面铣刀直径是Φ50-Φ315。它们用在加工不同材料时，为保证较高的生产效率，可具有不同齿数。在上述直径范围，齿数较少为3-14时，称标准型刀体。标准型用于加工炭钢合金钢不锈钢类，在大进给大切深时会产生大量切屑，同样的直径条件下，齿数少齿间就会有较大的容屑空间，就能容纳量大的切屑。刃齿数少在同样的切削条件下总切削力较低，这就适用于刀具悬伸量较大，工艺系统刚性较差时的加工。同直径范围齿数为4-18时称多刃型，是加工高硬钢和耐热钢时的首选，由于这两种材料强度大，通常采用小进给小切深加工，就会降低生产效率，适当地增加齿数，据公式F（每分钟进给量）=N（每分钟转数）×f（每齿进给量）×Z（齿数）知，在一定的每齿进给量条件下，齿数增多可保证较高的生产效率。另外一种超多刃型用于加工铸铁。同直径范围的刀齿数可达5-28。铸铁抗拉强度低，切削力较小，切屑呈崩碎状，切削时不易积聚在刀齿间，故刀齿间距可做得较小，据上公式可知，同样的切削条件下，齿数增加，生产效率会提高许多，故各类铸铁零件特别是大型铸铁件平面，为提高生产效率广泛使用了多齿面铣刀。而在较窄空间下，较深处，加工较小平面时，ASX445还可做成立铣刀型，其直径为Φ50-Φ80，齿数3-4。经过多年的生产实践，刀片材料断屑槽等结构的不断改进提高，ASX445及其衍生系列产品坚持了先进性和通用性。
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(11/4/2013) |
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