高進(jìn)給刀具的加工應(yīng)用
2021-7-20 來源：許昌煙草機械有限責(zé)任公司 作者：牛卿艷，韓旭光
摘要: 通過分析槽類零件加工中遇到的問題，探討了槽類加工中因刀具折損引起的成本增高和加工效率較低的關(guān)鍵因素。對刀具類型和加工成本進(jìn)行綜合分析，完善了現(xiàn)有的加工方案，找到了合適的加工刀具和加工策略，降低了加工成本。
關(guān)鍵詞: 槽類加工; 刀具; 加工策略; 加工成本; 加工效率; 加工中心
1、引言
槽類零件加工中通常存在排屑不暢的問題。由于合金材料粘膩，易引起刀具擠屑和散熱困難，導(dǎo)致夾刀、斷刀的現(xiàn)象，降低了刀具壽命和加工效率，增加了加工成本，應(yīng)結(jié)合工況合理選用刀具及加工策略，提高槽類的加工效率，降低加工成本。
本文選取新型 980ML 高進(jìn)給刀具和經(jīng)典的整體硬質(zhì)合金刀具，對不同零件的多個槽類進(jìn)行對比加工，從加工時間、加工成本、加工效率和金屬去除率等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和分析，并對新刀具的加工方案進(jìn)行驗證，對槽類零件現(xiàn)有加工方案進(jìn)行完善。
2、刀具特點
( 1) 刀具結(jié)構(gòu)
980ML 高進(jìn)給銑刀的整體構(gòu)造和加工特點見圖 1。刀具的 κ 較小，最大約 15°，有效地減小了刀具的徑向受力，提高了刀具軸向受力能力，保護(hù)了刀具韌帶，提高了刀具的使用壽命。
刀具采用縮頸設(shè)計，刀頸部直徑 D3 小于刀具直徑 D，有利于排屑，減少切屑堆積，便于刀具散熱，保護(hù)刀刃的韌性。刀具采用縮頸高進(jìn)給加工，便于大懸伸工況深度方向的加工，擴大了刀具的應(yīng)用范圍。
圖1 980ML 高進(jìn)給銑刀的整體構(gòu)造和加工特點
( 2) 刀具加工特點
980ML 高進(jìn)給銑刀的適用性較整體硬質(zhì)合金刀具更苛刻。其“小切深，高進(jìn)給”加工策略中的“高進(jìn)給”加工，對機床的高速性能要求較高，因此該刀具僅適用于輕型高速銑削機床。其加工的優(yōu)勢如下:
①刀具的縮頸結(jié)構(gòu)和刀尖處的大圓弧設(shè)計，使刀具加工時主要受徑向力作用，便于排屑和散熱。在采用相同進(jìn)給量時，該刀具比整體硬質(zhì)合金刀具提供更長的使用壽命。當(dāng)采用高進(jìn)給加工時，可顯著提升生產(chǎn)率;
②“小切深，高進(jìn)給”的加工策略，需要提高刀刃的鋒利性，使其更適于加工深槽、鋼件和硬度不超過 HＲC62 的淬硬鋼、不銹鋼、超合金以及鈦合金等膩材料。降低了生產(chǎn)成本，并最大限度地減少振動和機床磨損。
整體硬質(zhì)合金立銑刀對加工工況要求較低，是較為通用的加工刀具。但在槽類零件加工時，由于其切削刃處的排屑槽相對較淺，且不存在縮頸設(shè)計，使深槽類零件加工排屑不便，易導(dǎo)致槽類零件被加工面光潔度較差和刀具折斷的現(xiàn)象。
3、刀具加工實例對比
鑒于 980ML 高進(jìn)給刀具在加工中心上受到的限制，在 MAZAK 車銑復(fù)合加工中心上進(jìn)行高速銑削加工試驗對比。
3.1 配氣座圓弧槽加工
選取零件配氣座的圓弧槽進(jìn)行加工試驗。配氣座零件共 57 件，材料為 3Cr13。整體硬質(zhì)合金刀具加工方案選用 PM-4Ｒ-D8Ｒ1 刀具進(jìn)行分層銑削，而高進(jìn)給刀具加工方案選用 980ML08-MEGA 刀具進(jìn)行分層銑削。配氣座零件及整體硬質(zhì)合金刀具加工見圖 2，高進(jìn)給刀具加工見圖 3。
圖 2 配氣座圓弧槽及整體硬質(zhì)合金刀具加工
圖 3 配氣座圓弧槽及高進(jìn)給刀具加工
由表 1 可知，應(yīng)用 980ML 型高速銑刀后，單件加工效率提高了 79． 2% ，刀具成本降低了 45． 3% ，證明了 980ML 新型刀具的加工高效性以及對高合金材料的耐磨性。
表 1 配氣座圓弧槽加工試驗結(jié)果對比
3.2 底座加工
底座材料為 12Cr18Ni9Ti，因其含 Ni 和 Ti 等元素，屬于難加工材料，其結(jié)構(gòu)見圖 4。需要加工圖 5中特征一( 寬度 4． 5mm，深 14mm) 、特征二( 寬度4. 5mm，深 9mm) 和特征三( 寬度 6． 6mm，深 14m) 。運用槽類加工思維進(jìn)行加工，對相同區(qū)域加工時，1 把刀具能完成的金屬去除率切削數(shù)據(jù)對比見表 2。
圖 4 底座零件結(jié)構(gòu)
表 2 底座加工試驗數(shù)據(jù)對比
由表 2 可知，應(yīng)用刀具推薦參數(shù)對零件狹窄處的特征進(jìn)行加工，同規(guī)格的 980ML 型高速銑刀的金屬去除率較 VSM-4E 型刀具分別提高了 3．16 倍和3.22 倍，有效提高了零件的加工效率。
4、 結(jié)語
由實際加工數(shù)據(jù)可知，加工槽類零件時，980ML高進(jìn)給刀具能有效地降低刀具加工成本，提高加工效率，這充分肯定了新型 980ML 刀具“小切深，高進(jìn)給”加工方案的可行性。
圖 5 多種刀具加工策略
當(dāng)加工中心工況滿足高速銑削要求時，應(yīng)優(yōu)先選用 980ML 高進(jìn)給刀具“小切深，高進(jìn)給”的切削策略。對于重型力量型加工中心，由于其進(jìn)給較低，則可采用傳統(tǒng)的整體立銑刀進(jìn)行槽類加工。兩種刀具均可配合“擺線銑”、“片皮銑削”等多種加工策略( 見圖 5) ，不僅可完善零件外形、溝槽及型腔的加工方案，還可解決加工中心由于轉(zhuǎn)速和機床性能差異帶來刀具受限的問題，為不同工況環(huán)境加工提供更多的選擇。
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