高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化

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1、高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化1?引言　　高速加工作為一種先進(jìn)的切削技術(shù)，自二十世紀(jì)八十年代以來得到了日益廣泛的應(yīng)用。高速加工采用遠(yuǎn)高于常規(guī)加工的切削速度和進(jìn)給速度，不僅可提高加工效率，縮短加工工時，同時還可獲得很高的加工精度。隨著高速加工主軸技術(shù)的發(fā)展，與其配套的新型刀具不斷出現(xiàn)，對高速加工用刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化研究也不斷深入。目前，德國、美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家對高速加工技術(shù)的研究和應(yīng)用處于世界領(lǐng)先地位，特別是德國對高速加工的研究起步較早，成果較多。早在1984年，德國國家研究技術(shù)部(DFG)就出資700萬馬克資助德國Darmstadt?工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)和機(jī)床研究所(PTW

2、，Institutof?Productionand?Engineering?and?Machine?Tools)與41家公司進(jìn)行了為期4年的合作，全面開展對高速加工切削機(jī)理、高速加工工藝、高速加工用機(jī)床與刀具的研究。由于政府的高度重視和大力資助，研究工作取得了豐碩成果。德國不少公司很快掌握了高速加工技術(shù)，并不斷支持和推動該項技術(shù)的深入研究與發(fā)展?！　”疚膶Φ聡鳳TW研究所近年來在高速加工刀具工藝參數(shù)優(yōu)化方面的最新研究成果作一介紹，希望能為國內(nèi)的高速加工研究及應(yīng)用提供有益的參考?！　??高速加工的特點　　高速加工(High?Speed?Cutting，簡稱HSC)通常是指在

3、高于常規(guī)加工速度5-10倍的條件下進(jìn)行的切削加工。在高速加工中，必須根據(jù)不同的加工材料、加工方式、加工工藝、刀具參數(shù)并考慮刀具使用壽命和加工表面質(zhì)量來選擇切削速度。表1為加工不同工件材料時HSC銑削與常規(guī)加工的切削速度比較。表2?為采用不同加工方式切削合金鋼時HSC與常規(guī)加工的切削速度比較。表1?加工不同材料時HSC銑削與常規(guī)加工的切削速度比較被加工材料常規(guī)切削速度(m/min)HSC切削速度(m/min)纖維增強(qiáng)塑料-8001200-9000輕金屬-800200-5000銅合金-4001200-45000鑄鐵-3001000-3000普通工具鋼-250700-2000鈦

4、合金-80200-1000鎳基合金-20100-300表2?加工合金鋼時HSC?與常規(guī)加工的切削速度比較?加工方式加工方式常規(guī)切削速度(m/min)HSC切削速度(m/min)鉆削-100-200拉削-40-80精鏜-10-300　　3?高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化　　高速加工的實現(xiàn)與刀具材料、刀具幾何形狀、被加工材料及加工參數(shù)等密切相關(guān)。下面以應(yīng)用廣泛的模具材料如鋁合金、工具鋼和鑄鐵的高速加工為例，介紹德國PTW研究所近年來對高速加工刀具工藝參數(shù)優(yōu)化研究的成果?！　「咚偌庸やX合金的刀具工藝參數(shù)優(yōu)化　　刀具材料　　加工鋁合金時，可供選擇的刀具材料有硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷、

5、聚晶金剛石等。硬質(zhì)合金是高速切削鋁材的主要刀具材料。實際加工中通常使用無涂層的硬質(zhì)合金刀具，這是因為較厚的涂層會導(dǎo)致刀尖圓弧鈍化，而較薄的涂層則會在加工時迅速磨損，均難以起到延長刀具壽命的作用。由于P系列和M系列硬質(zhì)合金中含有TiC成分，而TiC與鋁的親和性好，不利于切削，因此在粗加工時宜選用K系列硬質(zhì)合金刀具。陶瓷材料材質(zhì)較輕，常用于大型刀具；陶瓷刀具亦可用于鋁材的高速切削，但Al2O3陶瓷刀具因脆性較大而不常使用。多晶金剛石刀具的使用壽命在相同切削條件下可比硬質(zhì)合金刀具顯著延長，但昂貴的價格使其難以得到廣泛使用；在加工Si含量較高的Al-Si合金時，由于硬質(zhì)合金刀具磨

6、損很快，使用聚晶金剛石刀具則較為經(jīng)濟(jì)。近年來，綜合了聚晶金剛石和硬質(zhì)合金兩者優(yōu)點的CVD聚晶金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具已得到越來越廣泛的應(yīng)用?！　〉毒邘缀螀?shù)　　刀具幾何形狀的選擇取決于鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度和Si成分含量。研究表明，刀具前角和刀尖鈍圓半徑是影響鋁合金加工質(zhì)量的主要因素。刀具后角的選取會影響刀具剛度，增大后角有利于提高刀具壽命，但會降低刀刃剛度。為此可采用雙倒棱后角，在增大后角的同時保證刀具剛度。此外，刀尖圓弧半徑的選擇應(yīng)適當(dāng)，圓弧半徑過大或過小都會降低刀具使用壽命。整體刀具的螺旋角優(yōu)化值為20°-25°。表3?列出了加工不同鋁合金材料時刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化經(jīng)驗值

7、。表3?加工鋁合金材料的刀具幾何參數(shù)優(yōu)化經(jīng)驗值工件材料抗拉強(qiáng)度或Si含量刀具材料后角前角刃傾角刀尖圓弧半徑(mm)鋁塑合金Rm<300N/mm2硬質(zhì)合金13°～18°10°～15°≥25°0.005～0.01鋁塑合金Rm>300N/mm2硬質(zhì)合金12°～15°12°～18°≥20°0.005～0.01Si含量<12%硬質(zhì)合金12°15°0°0.01～0.02鋁鑄鐵合金鋁鑄鐵合金Si含量>12%聚晶金剛石12°0°0°0.01～0.02　　加工工藝參數(shù)　　研究表明，適合高速加工鋁合金材料的加工工藝優(yōu)化參數(shù)為：切削速度：≥4000