高效加工模具用新型立铣刀
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本文介绍了日本OSG的几种高效加工模具用新型立铣刀。
立铣刀:2FL型Ø10涂层硬质合金立铣刀;工件材质为S50C;机床:BT30立式加工中心;加工方法:侧面铣削;切削方向:顺铣;切深:aa=15mm,ar=0.5mm;冷却液:水溶性冷却液;转速:20000/min
图1 每齿进给量与加工精度的关系
立铣刀:2R1-WXS-EBD;工件材质为SKD11(HRC62);转速:32000/min;进给速度2800mm/min(0.038mm/齿);切深:aa=0.04mm,Pf=0.05mm;冷却方式:风冷;机床:HSK-E32立式加工中心
图4 WX超级立铣刀加工淬硬钢实例

(1)能实现高效高精加工的立铣刀系列产品

图1所示为立铣刀每齿进给量与加工精度关系的试验结果。由图可知,随着每齿进给量的增大,加工表面的精度降低,这是因为每齿进给量增大使切屑变厚、切削抗力增大及抗力值变动的结果。
如果选择高转速和适度的每齿进给量,不仅能提高进给速度,还能改善球头立铣刀旋转中心附近区域的切削性能。此外,在切屑生成过程中,高速切削使剪切角变大,能生成薄切屑,使切削抗力降低(见图2)。由此及彼,可见高速铣削是最好的高精度铣削加工方法。
立铣刀:R5涂层硬质合金球头立铣刀;工件材质为S50C;进给速度:0.1mm/齿;切深:aa=0.2mm,Pf=0.1mm
图2 切削速度与切削抗力的关系
高速铣削刀具必须具备保持刀具精度的耐磨、耐热性能和高刚性,以及优良的动态平衡等特性。已实现商品化的WX超级立铣刀系列产品(见图3)能够满足所有这些特性,尤其是耐热性能(氧化开始温度1300℃)和耐磨性能优异的WX超级涂层立铣刀,在高速铣削中可使刀具寿命大幅提高。

图3 WX超级立铣刀系列产品
图4为用WXS-EBD R1超级球头立铣刀高速铣削淬硬钢模具的实例。此外,能实现淬硬钢模具高速高精度铣削的CBN-SXB立方氮化硼球头立铣刀(见图5)也已商品化。原有的CBN球头立铣刀与硬度合金刀具相比韧性较差,只能用于小切深铣削。通过改进其基体,球头部分采用螺旋形切削刃,就能够适应接近硬质合金球头立铣刀的切深量及其变化的高速高精度铣削加工。

图5 CBN-SXB超级CBN立铣刀
立铣刀:6FL型Ø10涂层硬质合金立铣刀;工件材质为S50C;加工方法:侧面铣削;切削方向:顺铣;切深:aa=10mm,ar=0.5mm;切削速度:200m/min;进给速度:0.2,0.3mm/齿;冷却方式:风冷
图6 每齿进给量与刀具寿命的关系

图8 F2334型大进给机夹圆弧刃立铣刀
刀具:F2334(Ø63,4FL);刀片:WDMT130520-31(带断屑槽);工件材质为S50C;切削速度:150m/min(转速:760r/min);进给速度:5mm/齿;切深:ar=45mm,aa=1mm;刀具悬伸长度:300mm
图6 每齿进给量与刀具寿命的关系

(2)能实现高效粗铣的立铣刀系列产品

图6所示为每齿进给量与立铣刀外圆切削刃磨损扩展状态关系的试验结果。如图所示,增大每齿进给量时,加工精度随之降低,可使磨损的扩展减缓。由此可知,在加工精度允许的范围内,尽可能增大每齿进给量是有益的。特别是在刀具悬伸长径比(L/D)较大的条件下,由于在高转速范围容易产生高频振动,因此应选用较低的切削速度。粗铣时,在刀体和刀尖强度允许的范围内,提高每齿进给量是实现高效加工的有效手段,应选用适合大进给粗铣的刀具。
适用于大进给粗铣的最佳立铣刀产品已实现商品化(见图7)。从球头中心开始的切削刃采用了大螺旋角,使切削时的剪切角加大,在大进给条件下可生成薄而宽的切屑,从而缓解切削抗力的增大,并提高散热性能。此外,在设计上考虑了改善球头中心部分的切削性能,为了增加切削刃强度,采用了从球头中心向外圆变化的前角设计,这样就能提高每齿进给量。

图7 PHX-DBT最佳球头立铣刀
此外,还有机夹式大进给F2334型圆弧刃立铣刀系列产品(见图8),其切削力稳定且不易产生振动。图9所示为该铣刀的刀片强度确认试验结果。每齿进给量达到5mm/齿时也能正常切削。当然,在实际加工中,每齿进给量达到5mm是很困难的,但从刀具具备的性能来判断,用于模具的高效粗铣加工是没有问题的。
本文作者:廖先富(编译)
原载:《工具展望》2008年第4期
上载于:2011-1-17 14:52:58

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