山高刀具SECO：铣削刀具开发进展

作者：山高刀具 Tapio Alatalo

欢迎访问e展厅 展厅 3 铣刀展厅 钨钢铣刀, 立铣刀, 整体铣刀, 盘铣刀, 螺纹铣刀, ... 近期开发的铣削刀具拥有出色的灵活性，以便加工日益复杂的组件。 随着制造商不断推出具有更强功能和更高效率的产品，零件的制造变得越来越复杂，难度也变得越来越高。除了具有复杂的轮廓和更严格的公差外，零件通常还采用高性能的材料制成，这虽然提供了所需的强度和可靠性，但也对可加工性产生了不利影响。 刀具开发 刀具制造商持续不断地开发新型刀具，旨在最大限度地提升加工效率。铣刀技术的进步就是证明这种努力的一个典型例子。一直以来，整体硬质合金刀具都提供了极高的金属切除率和绝佳的精度。然而，由于这种刀具的一体化特性，在其发生磨损后，不可避免地需要进行重磨。因重磨而换刀造成了生产的中断，并浪费了时间和金钱。在应用经过重磨的刀具时，需要更改数控程序参数，并会产生不同的工件轮廓，而这些可能意味着选择了一个具有更佳刃齿几何形状的不同刀具。 作为整体硬质合金刀具的实惠替代品，刀具制造商开发出了具有可转位和可更换刀片的铣刀。在切削刃发生磨损时，只需对刀片进行转位或旋转即可。在刀体仍留在机床内的情况下可对磨损的刀片进行快速更换，而且不同的刀片槽型可适用于同一个刀体，因此可创造各种轮廓。 负角与正角的对比 可转位刀片的槽型也在不断地推陈出新。许多可转位刀片在顶面和底面均具有切削刃。转位后，对这种双面刀片进行翻转可以获得双倍数量的切削刃。然而，双面刀片设计不能在切削刃的后面提供后角所需的空间，因此刀具不允许应用于采用正前角的场合。 在正前角刀具中，刀片的主体从切削刃向后倾斜，使刃口能够剪切工件材料。相反，在负前角刀具中，刀片的主体向工件前倾，刀具实质上是推挤所切削的材料。由于这种设计，双面刀片的切削刃必须沿负角方向接近工件。 当然，负前角刀具也具有特定的优势。这类刀具更为强壮；它们可承受更大的切屑负荷和切削力，因此可以用于处理粗铣、断续切削，以及铸铁等坚硬和耐磨的工件材料。由于能够采用多个切削刃，双面负角刀片可节约刀具成本，使之成为对易加工工件材料进行简单 2D 铣削的经济型选择。然而，负前角刀具推挤而非剪切加工材料的方式容易产生高切削力和热量。如果机床的功率不足或整个加工系统不具有足够的刚度，最终的精度会受到不利影响。例如，负前角刀具所产生的切削力可能造成薄壁工件的扭曲。 相反，正前角刀具可轻快地切削，从而最大限度地减小了切削压力，而且它们通常还能够切削负角刀具无法实现的紧公差轮廓。正前角刀片槽型提供了极大的灵活度，可执行包括开槽、轮廓铣、螺旋插补和斜坡铣在内的各种加工。这类刀具对于陈旧/刚性不足的机床可提高加工稳定性。而对钛合金、Inconel 和多种不锈钢 等难加工材料进行加工时，能否将切削力降至最低就显得至关重要。 单面刀片 为了提供可在正角模式下进行切削的可转位刀片，刀具制造商推出了在切削刃后具有后角的单面刀片。虽然这种刀片无法翻转，但其可在刀柄中旋转，从而提供多个可用的切削刃。 正前角刀具的轻快切削性降低了切削力和切削所产生的热量，从而延长了刀具寿命。而这一点尤为重要，因为相比双面刀片，单面刀片的每个刃口必须具有三倍以上的刀具寿命才能实现成本节省。 在众多开发的高性能、单面正前角铣削刀片当中，山高专为 Turbo 10 系列铣刀开发的 XO.X10 刀具独领风骚。这种刀片旨在最大限度地减小切削力并控制切屑，同时为切削多种工件轮廓和材料提供了无比的灵活性。 专门设计的槽型 除了正角和负角切削刃之间的基本区别外，刀具制造商还开发了多种刃口处理方法，旨在最大限度地提高不同工件材料的生产率。例如，锋利、未镀层且经过抛光的刃口在加工易切削的铝合金等较软材料时效果良好。而对于钢件、铸铁或不锈钢等较难加工的材料，需要对刀具刃口进行研磨或倒棱以防止崩刃。举例来说，专为加工铸铁而设计的刀片通常采用两种刃口处理：负倒棱和 30-35 微米范围的刃口研磨。与此不同的是，Inconel 和钛合金需要没有倒棱的易切削槽型，并采用 20-25 微米范围的刃口研磨。 材质等级和镀层 刀具的性能主要由基体特性和耐磨镀层决定。刀片基体通常会在韧性和硬度之间取得平衡。高韧性材质等级具有出色的抗冲击特性，适用于处理断续切削、某些难加工工件材料和刚性不足的加工设置。与此不同，耐磨材质等级具有加工耐磨工件材料所需的硬度。 镀层的作用在于提供额外的耐磨和耐热特性，从而进一步完善刀具性能。基本镀层包括 TiN（氮化钛）等通用型材料，在不涉及高温加工的黑色金属应用中具有良好的成本效益和性能。更为先进的镀层材料为 AlTiN（氮化钛铝）。这种镀层较基本镀层更为昂贵，但也具有更好的耐高温特性，使其成为钛合金、镍基合金和铸铁铣削等难加工应用的绝佳选择。在某些工况下，这种镀层的耐高温特性使干式加工成为可能。每个刀具制造商都开发了自己特有的基本镀层概念；例如，在山高的 Duratomic® 金刚甲镀层中，氧化铝外层的原子结构受到控制，从而最大限度地提升表面光滑度、延长刀具寿命并增强高速性能。 方肩铣刀和玉米铣刀 铣刀通常配置用于处理特定的加工工况。方肩铣刀在刀具外缘周围具有一排径向排列的刀片，适用于轴向切削深度小于单一刀片的切削刃长度的工况。要获得更大的切削深度，可采用具有轴向交错排列刀片的玉米铣刀进行开槽、型腔加工和斜坡铣，以及圆周和螺旋插补铣削。 铣刀的齿距，或者说铣刀刀片的间距，将对其性能产生影响。疏齿齿距（大间距）刀具适用于机床功率和刚性不足，或刀具安装在接长杆或用于深轴向切削的工况。与此不同，密齿刀具用于大功率机床上的刚性设置中时，可以最大限度地提高金属切除率。如果机床功率和刚性不足，密齿刀具会导致振动。 山高的 Turbo 10 系列铣刀包括方肩铣刀和玉米铣刀。配合适当的刀片槽型时，方肩铣刀可以切削出 90 度的拐角。 该刀具提供两种齿距，具有四齿和五齿版本。近期推出的 Turbo 10 玉米铣刀具有 32 到 80 mm 的直径和 0.8xD 至 2.0xD 的切削深度。方肩铣刀和玉米铣刀均可使用多种夹持系统。而 13 种可供选择的硬质合金材质等级、3 种 PCD 刀尖材质等级和 5 种槽型则突显了 Turbo 10 系统的灵活性，可以加工钢件、不锈钢、铸铁、淬硬材料、高温合金和有色金属等各种材料。 提升精度 在精度方面，整体硬质合金刀具的跳动量普遍小于可转位刀具，而且它们通常可实现更好的表面粗糙度。 因此，很多工况采用可转位刀具进行粗加工和半精加工，然后采用整硬立铣刀进行精加工。另一方面，包括 Turbo 10 在内的一些刀体采用了精磨刀片座，以最大限度地减少刀片质地不均的情况，从而提升加工精度并延长刀具寿命。 正确应用 先进的刀具必须正确地应用才能充分利用其出色的性能。应用错误的典型情况是采用了错误的材质等级，例如在切削中使用了坚硬耐磨的基体，而实际上韧性好而抗冲击的刀具才更为合适。然而，先进铣刀应用中的最常见错误则是采用了无法发挥刀具性能潜力的切削参数。许多用户在使用先进铣刀替换了较差的刀具后，仍采用了与之前相同的参数，而这通常意味着切削进给过低、切削速度过慢，或两者兼有。提高生产率的关键是采用更为进取的加工方式。对于某些刀具，有必要要提高速度，而其他槽型则需要提高进给量。在引进新产品时，用户应当确保了解刀具制造商所提供的切削参数。 持续发展 许多行业，特别是航空航天、发电和国防工业，所开发的新产品都采用了复杂的高精度零件，并运用了更难以加工的新型工件材料。越来越多的零件将具有需要五轴加工技术才能完成的轮廓，而之前一些由独立零件组装的组件将作为整体组件进行加工。 这些趋势将进一步激励新铣刀技术的发展。对于可以加工难切削合金的轻快切削、高性能刀具，由于其切削力低且精度高，将会越来越受到青睐。铣削刀具的发展将永不停止。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/1/2013)