可转位刀片立铣刀对于小直径加工提供经济性好的方案

HEATS · 发表于 2010-9-12 10:36:42

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　　今天的可转位刀片立铣刀能在宽范围的小直径立铣加工用于替代传统的高速钢或整体硬质合金。虽然高速钢和整体硬质合金立铣刀仍是用于轴向切深长的仿形切削的最佳选择，可转位刀片立铣刀对于涉及小到高达16mm中等轴向切深的大批量小直径加工提供一个更经济的替换物。

　　可转位刀片立铣刀提供若干节约成本的优点。最明显的是它们戏剧性地削减刀具替换成本。钴高速钢和整体硬质合金都是很昂贵的。当它们断裂时，整个刀具必须以新刀具的成本更换。相反，破裂的刀片只需几美圆就能换新的。

　　可转位刀片立铣刀还消除了重磨的需求，那是一个劳动密集型的活并且它本身成本很高。重磨还引起刀具直径大小的损失。象在铣槽加工时，那意味着一个额外的精加工来满足关键尺寸需求所引出的成本增加。

　　最后，可转位刀片立铣刀提供很广的通用性来削减成本。在许多情况下，仅仅只需在同一个刀体简单地改变刀片材质或槽形就能用于不同的工件材料或加工--允许你容易和经济地从中碳钢转到钛合金或者从铣槽转换到快速仿形。

　　总体来说，可转位刀片立铣刀最适合于涉及较小的轴向切深的加工。但是它们不局限于小直径加工。例如山高提供能加工直径38mm及以上的更大的可转位刀片立铣刀，还提供超过3~4英寸长度切深的有效精加工仿形能力。同小直径高速钢或整体硬质合金立铣刀相比，这些更大的可转位刀片立铣刀甚至比它们较小的对照物经济性更好。大直径的高速钢或整体硬质合金刀具既很贵而且重磨也很贵。

　　高性能加上通用性

　　许多用在汽车、航空、模具和其它工业的立铣加工会涉及到在具有低主轴扭矩和刚性的低功率机床上的小直径加工。今天的一个主要趋势是事实上的对小于15马力容量(包括很多10马力或更低)的加工中心快速增长的市场。用在这些机床的小直径立铣刀局限于小到中等轴向切深，但是提供很高的切削速度和进给率的优势。

　　用于小直径应用的可转位刀片立铣刀既能单独购买，也能以通用立铣系统的元件购买。后者的一个例子是山高著名的小魔王系统(它提供150种刀片型式和70种刀杆设计的选择，能组合起来创建一个很宽的各种各样的直径范围从6mm到20mm的铣刀)。每一种钢制或重金属刀杆仅使用一个简单的两个或三个有效切削刃选择的可转位刀片，允许刀具使用者直接在机床上数秒内从球头立铣刀快速改变到点钻或从槽铣刀转到倒角铣。专利的刀片夹紧机构确保刚性好并且安全夹固刀片。

　　这些小直径立铣刀提供优异的性能和生产率。例如，使用平衡后的高速钢刀杆，它们能安全地运转在高达每分钟3600米的极高的切削速度。在很大的进给量下，获得的金属切除率比那些整体高速钢刀具获得的高五倍。

　　小魔王立铣刀系统还很精确。例如，精密的球头刀刃达到的尺寸精度是从+0.005mm到-0.03mm，容易地匹配用任何整体硬质合金或高速钢刀具能达到的效果。

　　最后，这些刀杆刀片组合的立铣刀提供杰出的通用性。它们在一个50马力加工中心或在形形色色的如Bridgeport铣床等低功率机床或轻载加工中心上达到相同的效率。凭着各种各样范围很宽的刀片材质和槽形，从小魔王系统创建的刀具能用于从塑料和铝到淬硬钢和高温合金这样跨度的材料的粗加工到超细精加工。可能的加工包括铣平面、铣槽、铣倒角、切凹面、斜坡铣、仿形铣和螺旋插补。象整体硬质合金立铣刀那样，小魔王立铣刀也加工符合ANSI或工业精度标准的真正的90度方肩，使用有锋利圆角或预磨刀尖圆弧半径的刀片。随着刀片的改变，同一把刀还能完成90度中心孔钻削、120度钻削和插铣。在这些功能里，用传统的高速钢或整体硬质合金立铣刀不能完成垂直插铣和大倾角斜坡铣加工。

　　对于宽范围的要求提供广泛的选择

　　除了它们的多面性和高性能，今天的可转位刀片立铣刀有宽范围的形形色色的形式来满足宽范围的应用要求和加工偏好。例如山高小魔王系统最近增加的是一种三刃大螺旋角带内冷却孔的刀片设计。有很宽的刀杆供选择，范围从用于高速加工的短圆柱型式到为了增加深度的很长的型式。先进的刀片设计允许这些可转位刀片立铣刀运转在整体硬质合金的全速(5倍于高速钢立铣刀的切削速度)。同时三刃刀具保留经济性，维持可换刀片的成本优势和广泛的多面性。相反，同样的设计应用到整体硬质合金立铣刀将使它们的使用成本高得惊人。

　　三刃可转位刀片立铣刀的其它的重要优势是更短更稳定刀杆设计的可靠性。对于整体硬质合金立铣刀，刀具长度取决于可达性的要求，而长的悬伸会产生刀具稳定性和振动的问题。

　　相反，有了小魔王立铣系统，刀具长度取决于现有的刀杆型式，这根据要执行的加工选择。最长的刀杆满足任何可达性的要求，同时提供良好加工表现所需的稳定性。良好的加工表现包括为了更高生产率的进给量和速度的增加和为了更好的表面光洁度和更长的刀具寿命要求的更小的刀具振动。

　　为了补充小魔王小直径系统，山高提供用于小型和中型机床的更大直径的常规轻载可转位刀片立铣刀系列，叫做小旋风铣刀。这些铣刀的直径从12mm到50mm。标准的立铣刀版本提供四种形式的刀杆选择，包括圆柱型、侧固式、莫氏型和特长型。另外，还提供用于方肩铣和平面铣削的刀盘型式。象小魔王立铣刀，小旋风铣刀拥有用于金属切除率高所需的优异的自由切削槽形的特点，还有冷却通孔能力和宽广的应用多面性。虽然使用的可转位刀片的切削长度只有9mm，但是刀能在全宽铣槽加工时承受5mm的切深，对于仿形加工能达到6mm。其它加工包括斜坡铣、插铣和在实体上圆周和螺旋插补。

　　为了在切深上到8mm下进行90度铣槽、轮廓铣和方肩铣加工时的经济性增加，山高提供它的’迷你方肩’系列立铣刀。这些铣刀使用刃长9mm的小四方刀片，提供明显的初期成本优势还有四个切削刃，导致更低的每刃平均成本。三种刀体型式具备广泛的应用通用性，包括直径从25mm到32mm的刀杆式立铣刀、直径从38mm到100mm的刀盘式铣刀和直径从80mm到250mm的可调卡座式铣刀盘。刀盘式铣刀和可调卡座式铣刀都有正常齿距和密齿距型式。

　　山高还提供一种能满足实际上任何模具或航空加工(包括高速精加工)需求的叫做CombiMaster的分体可转位刀片仿形铣刀系列。这种模块化系列由不同长度的钢制刀杆和带螺纹连接的使用可转位刀片的各种形式的切削头组成。现有的刀头包括一种在高金属切除率下用于面铣、斜坡铣和插铣的使用直径12mm圆刀片的按钮型式的铣刀和一种用于高速半精加工和精加工轮廓的标准90度球头型式，还有一种用于大切深或薄壁铣削的螺旋刃设计。另外，一种用于直壁零件的真三维切削和高速半精加工的独有的120度球头切削头设计。

　　各种各样的可转位刀片立铣刀系列提供一种任何整体硬质合金立铣刀不能找到的刀杆形式和长度的有效选择。例如，小魔王和分体铣刀系列都提供了一种很宽范围的刀杆长度。它们还包括在长悬伸应用里为了消除振动由一种重金属材料制造的刀杆。另外，所有的山高可转位刀片立铣刀都提供一种有专利的集成刀垫的可转位刀片。这种集成刀垫通过在发生刀片失效时保护刀体来增加安全性。

　　针对应用柔性的材质/槽形

　　现有的宽选择范围的刀片材质和槽形进一步扩展了小直径可转位刀片立铣刀的能力。这能通过现有的切削材质首先被看到。例如，小魔王球头立铣刀会使用有很锋利切削刃的细颗粒硬质合金刀片和先进的PVD(物理气相沉积)涂层来有效加工洛氏55度的淬硬钢。事实上，装有这些刀片的小直径立铣刀在模具工业的冲模、注塑模和玻璃瓶模具的精加工上获得成功。通过在很高进给率下的小步距(歧点高度)小切深，PVD涂层硬质合金生成实质上消除钳工修磨要求的超光表面。

　　在其它刀具材料里，PCBN(聚晶立方氮化硼)刀片现在正被成功使用于模具钢还有硬铸铁的超高速加工。

　　在航空工业，PCD(聚晶金刚石)刀片正扮演一个铝合金立铣加工的重要角色。一个专有的应用领域是铆接在一起用在飞机内部的薄壁铝合金挤压件框架。山高自己的使用PCD镶刃刀片的小魔王立铣刀被广泛用来加工许多这些零件要求的形状。这些零件通常是以棒料进给通过加工中心得到1.6mm厚25~50mm宽的成品。

　　通过很多种类的刀片槽形(包括平顶、直压前角、锋利切削刃、珩磨切削刃和负倒棱强化的切削刃)，可转位刀片立铣刀进一步提供应用的柔性。这些柔性的重要性是明显的，例如，在硬度洛氏55度的D-12模具钢轮廓的精加工。使用涂有山高韧性很好的F30MPVD涂层的铣削材质和M05中载槽形(进给量每齿0.05mm)的小魔王B90P90度精密球头在这个加工能达到显著的效果。这种刀具在实际应用里在轴向切深0.5mm步距0.25mm(径向切深)和进给每分钟6600mm下切削，在90分钟刀具寿命下得到表面光洁度为0.4微米。

　　不管使用什么形式的可转位刀片立铣刀，不管它是象山高小魔王那样的小直径形式还是象小旋风铣刀那样的直径稍大的形式，现有的合适的刀片材质和槽形使它适合于手上的应用。不管他们怎样使用，底线是小直径可转位刀片立铣刀同高速钢和整体硬质合金立铣刀相比主要在通用性、性能、机床利用率、经济性和可靠性方面有重要优势。

　　现实世界的解决方案

　　可转位刀片立铣刀的许多优点在广泛的应用和行业里得到经济性好的解决方案。这里有一个关于山高立铣刀产品的例子。

　　可靠的不锈钢加工

　　一家用于医疗生物技术行业的不锈钢隔膜阀制造商正遭受316L奥氏体不锈钢锻件阀体上直径38mm型腔的加工难题。零件设计用于直接连接相同直径的管子。

　　加工阀体型腔所需的立铣加工在一台15马力的有换刀机械手的加工中心上进行。和那些用于模具加工的相似，使用一个三轴仿真程序。加工工况出现许多挑战，包括刀具悬伸长、断续切削、由于锻造工艺的不一致引起的切削时载荷波动变化和不锈钢材料的韧性好、粘的特性。

　　最早用于这个加工的刀具是一把传统的单齿可转位刀片立铣刀，在有冷却液的情况下主轴转速每分钟3800转和进给量每齿0.08mm。每个零件的总加工时间平均大约11分钟，刀片的预期寿命是8个零件。但是主要问题是由于悬伸过长刀体在刀片失效之前就可能发生断裂。

　　寻找一种加工方案，制造商转向已用在其它工件中的山高小魔王小直径立铣刀系统。替代品由直径20mm的重金属抗振刀杆和直径12mm的新的F30MPVD涂层铣削材质的球头刀组合。两者都提供重要的优势。重金属刀杆提供极佳的抗振性和刚性。F30M硬质合金材质专门设计用于加工不锈钢、热处理钢和高温合金。

　　虽然重金属刀杆实际上比先前使用失效的刀更小，但它能坚实地抵抗在加工阀体锻件时产生的严重应力。使用新的刀具还允许加工参数的总体提升。主轴转速升至每分钟6900转，接近用老刀具的2倍。另外，在切深提高到0.7mm下，进给率从原来的每分钟450mm增加到令人惊愕的每分钟3300mm，高了7倍多！还有，在这些积极的进给量下，刀具寿命增加50%，平均从8个增加到12个完整的零件。【MechNet】

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