高速高效加工模具用机夹圆弧刃立铣刀
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HRM型机夹圆弧刃立铣刀的刀夹可更换,刀体可长期使用,只需更换刀片,可以说是一种环保刀具。
日本ダィジュツト工业公司生产一种高速高效铣削模具用HRM型机夹圆弧刃立铣刀,简介如下。

1 机夹圆弧刃立铣刀的优势


图1 理论精加工表面粗糙度的对比(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

图2 刀具的刚性对比
与球头立铣刀相比,圆弧刃立铣刀的几何形状在加工表面粗糙度上具有优势(见图1)。在刀尖高度与球头立铣刀相同的情况下,由于周期进给可增加几倍,因此可缩短加工长度,大幅节省加工时间。此外,如果底R相同,在刀具不发生干涉的前提下,可以使用直径大于球头立铣刀的圆弧刀立铣刀,在刀具刚性方面更为有利(见图2)。在等高线加工中,球头立铣刀的加工深度越大,切削刃的接触长度就越长,导致切削抗力增大,容易产生高频振动;而机夹圆弧刃立铣刀有倒锥度,切削刃接触长度短,故切削抗力较小。此外,球头立铣刀在小切深条件下切削时,与用机夹圆弧刃立铣刀切削相同面积相比,靠近中心附近的切削刃的切削长度要长几倍;切削速度较低的横刃附近磨损及破损较大,使加工表面粗糙度恶化。由于机夹圆弧刃立铣刀是以切削速度高的外圆R部分参与切削,因此能够实现粘屑很少的稳定铣削加工。

2 研究开发目的

在注塑模、压铸模的加工中,大多使用小直径立铣刀,尤其对深模腔的加工相当困难。开发小直径可转位大进给圆弧刀立铣刀的目的,是开发出优于现有的整体式圆弧刃和球头立铣刀、能适应从粗铣到精铣、具有优异切削性能、高精度和刚性好的刀具。要求在高刚性、高精度的硬质合金刀杆上装上能实现大进给的高精度刀片,就能完成大进给量的半精加工和小进给量的精加工。

3 大进给机夹圆弧刃立铣刀的特点

如果用两个小刀片构成机夹圆弧刃立铣刀,由于紧固螺钉小,刀片和刀体的厚度也较小,因此刀具的强度不足。而新型大进给机夹圆弧刃立铣刀是采用一个刀片,并利用一种高精度、高可靠性夹持机构牢固地夹紧在硬质合金刀体上。该刀具具有以下特点:
表1 各种涂层材料特性
涂层种类TiNTiCNTiAlNDV涂层
维氏硬度
(HV)
2200240029003500
氧化开始温度
(℃)
400~500300~400700~8001000以上
  1. 采用新开发的DV涂层,刀具寿命长
    DV涂层和原有涂层的特性列于表1。与原有涂层产品比较,耐磨、耐热性能提高,上了一个新台阶,特别是在产生大量切削热的大进给干式切削时,抗氧化性能优良的DV涂层非常有效。今后打算将该涂层应用于新开发的产品。
  2. 采用正前角切削刃,切削抗力小,切削性能超群
    工件材质:S50C;刀具直径:Ø16mm;N=4576/min;Vc=230m/min;f=1.2mm/r;Ap=0.6mm;Ae=8mm
    图3 切削抗力对比(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

    图5 大进给机夹圆弧刃刀头与刀杆的组合方法(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
    由于切削刃R部分45°方向为正前角,因此在轴向上也为正前角。此外,外圆上有倒锥,能够减小深模腔加工的切削抗力。图3为铣削S50C钢材时与B公司的大进给铣刀切削抗力相比,HRM型机夹圆弧刃立铣刀的切削抗力降低了35%。
  3. 刀片精度达到整体立铣刀精度等级
    由于在高精度刀体上使用高精度刀片,能用于粗铣到半精铣加工,将过去粗铣与精铣分开加工集约到一把大进给铣削用机夹圆弧刃立铣刀上。刀片尺寸见图4。

    图4 大进给圆弧刃刀片尺寸
  4. 能够实现从非淬硬钢到淬硬钢的高速大进给铣削加工
    正前角切削刃能实现淬硬钢模具深模腔的高速大进给铣削加工。加工中,采用负前角切削刃的刀具切削抗力大,易导致高频振动,因此目前的现状是采用低速、小切深铣削加工。HRM型大进给机夹圆弧刃立铣刀采用正前角切削刃,改善了切削性能,采用耐热性和韧性优良的C8015 DV涂层与硬质合金刀杆的组合,能够实现高速、大进给铣削加工。此外,可选择硬质合金一体型(RVM型)、模块式刀头(MRN型)、全硬质合金刀杆(MSN型)等组合。图5所示为大进给机夹圆弧刃刀头与刀杆的组合方法。

4 加工实例

  1. 加工实例1
    表2所示自硬钢高效铣削加工实例:加工汽车内控制盘注塑模凹腔时,刀具悬伸量较大,加工深度达70mm,加工条件苛刻,但与原有刀具相比,加工时间可减少一半以上。
    表2 自硬钢铣削加工实例
    工件材料名称树脂型
    材料牌号SD61(J1S SCM系)
    硬度28HRC
    使用刀具型号RNMM-160070S-S16C
    刀片型号·材料HRM-160-R30 JC8015
    加工条件转速·切削速度181m/min(3600r/min)
    进给速度·进给量4000mm/min(1.1mm/r)
    切深ap0.05mm(倾斜30°,加工深度70mm)
    结果与其他公司刀具比较,加工时间减少许多;刀具悬伸大时,切削噪音小,不产生高频振动,切削状态良好切削宽度ae8mm
    冷却方式风冷
    加工机床卧式加工中心
  2. 加工实例2
    图6所示为用HRM型机夹圆弧刃立铣刀和其他公司的整体圆弧刃立铣刀高速大进给铣削SKD61淬硬钢(HRC49)模具时刀具寿命的对比结果。为使加工条件相同,将刀具颈部以下长度设定为80mm。刀具寿命的对比结果表明,整体立铣刀的磨损与加工长度成正比;而HRM型刀具从切削长度100m后进入稳定磨损状态,其后磨损没有增大,切削长度达280m时的最大磨损量才0.11mm,仍可继续切削,性能优于整体立铣刀。
工件材质:SKD61(HRC49);刀具直径:Ø16mm;N=2984/min;Vc=150m/min;Vf=3851mm/min;f=1.2mm/r;Ap=0.25mm;Ae=8.4mm;L=80m;顺铣;风冷
图6 铣削SKD淬硬钢的刀具寿命对比

5 大进给机夹圆弧刃立铣刀使用方法(基本标准切削条件的确定)

使用注意事项:在刀具悬伸量较大的条件下,机床刚性不足而产生高频振动时,保持每转进给量及铣削速度不变,首先选择减小切深量ap。稳定切削速度(从低到高)的方法请参照产品样本。现已开始销售的大进给机夹圆弧刃立铣刀尺寸规格为Ø8~Ø20mm(共5个规格)。
该刀具的开发和应用为降低模具加工成本做出了贡献。现在粗铣所用小直径整体式立铣刀较易磨损,无法再修磨时只能报废;而HRM型机夹圆弧刃立铣刀的刀夹可更换,刀体可长期使用,只需更换刀片,可以说是一种环保刀具。
本文作者:廖先富(译)
原载:《工具展望》2008年第3期
上载于:2009-12-25 11:32:24

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