要想实现成功的铣削,这些因素不可忽视

国际金属加工网 2017年11月17日

为了保证铣削工序的效率,需要考虑的因素很多,例如使用正确的铣削刀具、采用正确的直径和适当的齿数,以及采用正确的速度、进给率、轴向切深和径向切宽。但是,为了保证刀具应用的有效性,还有很多更加重要却往往被忽视的因素。

山特维克可乐满提醒您综合考虑决定生产效率和盈利能力的五大铣削因素:主偏角、齿距、铣刀位置、铣刀吃刀量和圆弧切入技巧。

主偏角

不同主偏角对于铣削效果的影响非常显著,如果采用90°铣刀作为面铣刀,往往只是因为它使用方便,但是其生产效率或成本效率不如45°铣刀。采用90°铣刀面铣零件,而不采用45°铣刀,其生产效率降低30%,而生产效率又直接影响到盈利能力。

主要是,主偏角影响到金属去除率和刀具寿命。另外,因为主偏角减小,切屑厚度变薄,正因如此,存在增加进给率进行补偿的机会。现在,越来越多的加工车间使用小切深、高进给率来提高生产效率,通常使用主偏角很小的铣刀(例如10°),或使用能达到切屑变薄效果的圆刀片概念。与45°面铣刀相比,10°面铣刀因为切屑变薄到几乎只有90°铣刀的六分之一,所以进给量增加。如果这种策略导致切深不够大,可采用高进给率补偿效率的损失。

主偏角为10°的大进给量铣刀,由于形成的切屑很薄,所以可采用非常高的工作台进给量。此外,轴向切削力较大,可以保证主轴的稳定性,限制振动,使得这些铣刀更适合长刀具悬伸和/或不稳定夹装应用。

对于45°铣刀,这些通常是面铣的首选,因为它们较好的平衡径向切削力和轴向切削力,吃刀非常平稳。这些铣刀的振动低,适合短屑材料(例如灰口铸铁),这类材料在走刀结束时因为工件余量越来越少,如果径向力过大,容易发生崩边。

如果采用90°铣刀作为面铣刀,往往只是因为它使用方便,但是其生产效率或成本效率不如45°铣刀。主偏角为10°的大进给量铣刀,由于形成的切屑很薄,所以还可采用非常高的工作台进给量。

90°铣刀的主要应用是方肩铣削。在这种应用中,径向力主要产生在进给方向,最适合铣削容易出现振动的零件。另外,表面没有承受较大的轴向压力,这对铣削强度不大的结构件或薄壁件很有好处。必须注意,90°铣刀不能形成薄切屑,大切宽时编程的每齿进给率等于实际的最大切屑厚度。

那么,圆刀片如何?圆刀片最适合高效重型粗加工和通用铣削。

圆刀片特别适合加工钛合金和HRSA材料,但追求达到优质的表面精度时,效果不是最佳。这是因为主偏角在0~90°范围内变化,导致切削力随圆弧切削刃而发生变化,从而使压力也发生变化。圆刀片性能独特,其形成的切屑厚度随切深的变化而变化——切深越小,切屑越薄。所以,如果切深较小,必须提高进给率,才能保证合适的切屑厚度,提高生产效率。

齿距

通过增加切削刃口的数量,可增加工作台进给量,同时保持切削速度和每齿进给量不变(切削刃处不会发出较大的热量)。但是,齿距越密,排屑空间越小。另外,增加铣刀中刀片的数量,其缺点是如果夹装的刚度不够,对振动有负面影响。采用不等齿距铣刀可优化应用,选择正确的齿距也很重要,因为它会影响生产效率、稳定性和功率消耗。

通常来说,有疏齿、密齿和超密齿三种齿距。疏齿铣刀的刀片数量较少。由于它们传递的切削力小,它们是不稳定工序的首选。满槽铣工序和长切屑ISO N材料最适合选用疏齿铣刀。

密齿铣刀的刀片数量中等,等距设计或者不等距设计均可。它们是稳定工况通用粗加工的首选。带来的好处还包括可以高效率加工所有材料,而且不用担心容屑空间问题。

一般来说,不等距铣刀(疏齿或密齿)最适合打破谐振,因此稳定性好。

超密齿铣刀的刀片数量多,刀片均匀分布。超密齿铣刀最适合径向切宽小的应用、ISO K材料成屑短的较高进给率(粗加工和精加工)、ISO S材料的粗加工 因为采用圆刀片,切屑负荷均匀分布。

铣刀位置

铣刀切入工件的方式很重要。此时,首先需要考虑的是,切屑是如何形成的,因为这严重影响到刀具使用寿命。黄金法则是切屑由厚变薄(铣刀切出工件时,切屑厚度最薄)。这可省时省钱,保证加工过程的稳定性。相较而言,铣刀切出工件时的厚切屑可导致刃口失效,刀具使用寿命缩短。重要的是,正是铣刀位置决定了成屑状况。

例如,在满槽铣时,铣刀完全切入工件后,生成的切屑厚度是从薄到薄。虽然铣刀切出工件时的切屑很薄,但这种方法有很多问题,因为热量无法排出,只能进入刀具或工件中 —— 而不是切屑,因为此处根本没有切屑。铣刀刃口切入工件时,切削刃只是磨擦材料,而不是剪切材料,这样会产生热量和振动。

但是,通过优化铣刀位置,例如切宽达到铣刀直径的70%这种状况可得到大大改善,其效果是切入时时可以获得90%的最大切屑厚度、刀片上承受的应力小、减少摩擦、可顺铣、也可逆铣、形成由厚变薄的切屑,散热效果好,产生的刀片应力小。


 
通过优化铣刀位置,这种状况可得到大大改善,其中吃刀量达到铣刀直径的70%。

注意铣刀的切入工件方向一定要正确。如果不正确,即使铣刀切宽达到70%直径,反而可形成由薄变厚的切屑,也会出现切入工件时缩短刀具使用寿命,增加成本。

铣刀吃刀量和圆弧切入技巧

铣削零件时,建议使铣刀一直保持吃刀状态。铣刀频繁切入和切出,会缩短刀具使用寿命。为了解决这个问题,最重要的是正确的走刀路径和接触长度。连续吃刀也有一点需要提醒,那就是连续吃刀时突然的走刀方向变化会使刀片承受应力,而且形成切出时的厚切屑,因此建议在工件的拐角处也采用圆弧切削路径。

直线进刀会导致表面光洁度差,噪声大。

为了缓解这个矛盾,大多数情况下是减小进刀量,但是同时也降低了生产效率。这种情况的简单解决方案是把编程改为顺时针圆弧切入。使用这种平稳连续的切入方式,可延长刀具使用寿命,优化磨损模式。其铣刀切出时切屑薄,振动小。

连续吃刀,顺时针圆弧切入,确保退刀时切屑较薄,减小振动,延长刀具使用寿命。

在切入工件时,建议采用圆弧切入技巧,而在铣刀连续吃刀时,如需突然大幅度改变铣刀进给方向,则最好采用圆弧过渡。这些技巧可避免刀片承受大应力,从而不仅延长了刀具寿命,而且通过成屑由厚变薄,可改善零件的表面光洁度。

使用圆弧切入技巧、正确的铣刀位置和连续吃刀,确保加工过程安全高效。

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