难加工材料的加工策略
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在确定高效铣削的刀具路径策略时,除了工件的几何形状以外,还应该考虑更多的因素。应该选择不会引起颤振、主轴停转、刀齿或刀柄损坏,或刀具从主轴上脱落的切削路径。
在确定高效铣削的刀具路径策略时,除了工件的几何形状以外,还应该考虑更多的因素。应该选择不会引起颤振、主轴停转、刀齿或刀柄损坏,或刀具从主轴上脱落的切削路径。一种理想的刀具路径策略还应该能加工出规定的表面光洁度,并达到令人满意的金属去除率和刀具寿命。
人们通常认为,刀具寿命与刀具路径无关。对于不同的刀具与工件材料组合,切削参数表中都推荐了相应的切屑负荷和表面切削速度——这些数据通常是通过在大量车削试验中实际测量得到的,因此具有广泛的适用性。
刀具磨损机理(如扩散磨损和氧化磨损)与温度密切相关,切削区的温度通常都非常高。在主要形成切屑的剪切面上,温度会升高,然后,当切屑在很高的压力下,沿着刀具的前刀面滑移时,产生的摩擦力会使温度进一步升高。当温度高到足以激活热磨损机制时,就越过了“热障”,刀具磨损开始急剧增大。然而,与为了获得切削数据而通常进行的车削试验相比,铣削加工却截然不同。刀具路径的选择可以显著改变磨损状况。
对于某些刀具与工件材料的组合来说,刀具寿命并不是一个关键因素。例如,整体硬质合金刀具可以承受铝的熔点温度。因此,在立铣加工铝合金工件时,允许的表面切削速度几乎没有限制。
对于另一些工件材料,如钛合金和镍基合金,刀具寿命却是决定性因素。加工这些材料时,产生的切削温度比加工铝时高得多,而且它们相对于刀具材料具有化学活性。因此,这些难加工材料通常是以较低的表面切削速度和材料去除率进行加工。

图1 小径向切深铣削可以降低平均切削温度,延长刀具寿命

图2 摆线刀具路径
但是,由于铣削本身属于断续切削,这就为改变“游戏规则”提供了一个机会。如果选用的径向切深与刀具直径相比很小(比如说是其1/10),那么,每个单独刀齿的切削时间就非常短。在温度上升到“热障”之前,刀齿就已经脱离了切削。在该刀齿下一转再次进入切削之前,有一定的冷却时间。如图1所示,虚线代表车削加工时产生的温度。温度会急剧上升,达到一个很高的平衡温度并持续保持。而在铣削时,温度以同样的速率上升,但在远未达到车削平衡温度之前,刀齿就脱离了工件。而较小的径向切深会进一步缩短刀齿与工件的接触时间,从而降低平均温度。
在精加工时可以采用很小的径向切深,这不难办到。但有时,在粗加工时需要很大的径向切深。如在铣削内转角时,径向切深往往就相当大。但即便如此,也几乎总是有可能通过选择某种刀具路径,使径向切深保持在规定的限制范围之内。例如,在铣槽时,可以用小直径铣刀的摆线刀轨高速铣削,来代替大直径铣刀的低速铣削。摆线铣削将圆周运动与平移运动叠加起来(图2)。只要平移运动相对于圆周运动较小,就可以任意减小径向切深。
一些数控加工编程软件包可使刀具作类似摆线运动,以帮助编程人员控制径向切深。铣削时,由于减小了径向切深,使表面切削速度能比切削参数表的数据提高两倍以上。用功率较小、速度较高的机床进行小负荷高速铣削,为难加工材料的加工提供了一种具有吸引力的选择。
本文作者:全虹枳(译) 张宪(校)
原载:《工具展望》2011年第4期
上载于:2013-4-2 16:16:32

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