伊斯卡智慧铣铝策略

国际金属加工网 2021年08月31日

铣铝加工看上去是一个非常容易的加工过程。通常,是那些不直接参与铝加工的人们持此错误观点。他们相信,采用经动平衡的,锋利的,经抛光处理的刀具并以最大转速旋转,设置中等进给速度,就已经足以像切黄油那样轻松地切削铝材了。

铝加工特性

相比于钢的加工,铝及铝合金所需的切削力更小,因此铣刀切削刃承受的机械负荷相对较低。在本文中,我们将铝及铝合金简称为铝。铝具有高导热系数,因此铝加工过程生成的切屑传导出大量的切削热,其结果是显著降低作用于切削刃的热载荷。源于以上属性,铣铝具有超高切削速度及进给的特征。然而,这并不能确保铣铝加工就会非常轻松。

铝的材料特性会导致切削过程产生积屑瘤(BUE)。这一不讨喜的现象增加了作用于切削刃的机械载荷,使得高效排屑难以达成;破坏旋转刀具的动平衡,导致整个加工过程变得低效。

而采用错误的刀具也会影响铝屑的排出。如果刀具的排屑槽容屑空间不足,铣铝过程生成的长切屑就会堵塞刀具。为克服这一障碍,需使用齿数更少的刀具或降低切削参数;但这种行为会对生产率产生消极的影响。

从可加工性的视角来看,铝并不是一种分布均衡的材料。合金元素(尤其是硅),材料类型(锻造、铸造)和材料处理方法都会影响切削性能。工件形状、工装条件以及加工需求(精度,粗糙度等)以上各种的其它因素又增大了其自身的加工局限性,且是选择加工策略及选择刀具时必要的考察因素。因此,在许多案例中,通用的铝加工特别是铣铝加工,往往并不是看上去那么简单的任务。

加工刀具

刀具制造商们在开发刀具时需考虑铣铝刀具的特定特点。成功的关键是对切削几何形状、刀具材料及刃口处理方式做出正确的组合,此外还需对冷却液的供应做出优化。

当考虑铣铝的应用时,就绕不开大型飞机部件,如机翼部件,机舱门,机舱窗框等。通常而言,这类工件由整块材料制成,毛坯往往重达数吨,必需去除的材料常达毛坯重量的80-85%,才能得到最终所需形状的零部件。相比之下,纵观全球的汽车行业,也是铝的一大消费领域,已引入大量硬铸铝材料至其零部件。虽然此举带来了这类零部件耐腐蚀性的提高,却捎带来刀具更易磨损的负面影响。

伊斯卡,一家全系列产品系列供应商,已专门为铝的高效加工而设计开发出全套可转位铣刀。这些高品质刀具的每一系列都具有整体式或轻量化刀体设计,独特的硬质合金刀片夹持机构原理,带调整结构的刀夹,各种磨制及抛光的刀具带不等刀尖圆角半径,以及在铝加工中非常普及,带多晶金刚石(PCD)刀尖的刀片。绝大多数刀具带有贯穿刀体的内冷却通孔。伊斯卡HELIALU可转位铣刀系列能实现铝的高效高速加工(HSM),确保强大的金属去除率(MRR),获得高精度及出色的表面质量的特点,满足遍布全球所有的铝部件制造商们的全部品质需求。

金属加工工业生产制造大型至小型铝部件,在许多情况下,需要尺寸更适中的铣刀。这些刀具的尺寸不适用于装夹可转位刀片,而整体硬质合金刀具则有着明显的优势。此外,整体硬质合金立铣刀的高精度使得其在大型零部件的精密加工中是无可比拟的。因此,伊斯卡仍大力参与先进整体硬质合金铣铝刀具的设计及开发。最近增添的革新产品进一步丰富了刀具产品范围,再一次提高了为全球工业领域用户带来的价值。

伊斯卡ECR-B3-R-C系列整体硬质合金立铣刀带三个齿,设计用于在高金属去除率下的粗铣加工。技术创新的立铣刀带有锯齿状切削刃,能将宽的切屑撕裂为易于排出的窄小切屑。冷却液流经内冷却通孔直达每一切削刃,使得冷却液不间断地输送至切削区域。这两种设计的特点,结合抛光槽,显著提高了排屑能力,许允大幅提高生产率。锯齿状切削刃不仅能劈砍切屑还能提高抗振性能;缩颈设计有助于在刀具大悬伸加工中提高切削的稳定性。

为什么ECR-B3-R-C系列仅有三齿,而没有提供更多齿数的铣刀?在铣铝加工过程中,产生刀振及不受欢迎的振动是首要的重要因素。各种研究及金属加工实践表明,三齿结构是90°主偏角整体硬质合金铣铝立铣刀的最优设计。在高效铣削中,这种布局确保了容屑槽体积,这也是切屑流动的必需,同时并不增大刀振。铣铝立铣刀的主流都是基于此道,伊斯卡ECR-B3-R-C也不例外。

然而,意欲提高铣刀生产率的愿景促使伊斯卡开发出技术创新的四齿立铣刀。CHATTERFREE ECA-H4…CF立铣刀系列,比三齿铣刀额外多出一个齿有助于提高金属去除率(MRR),不管是应用于粗铣加工还是精铣加工。尽管是四齿结构,这些立铣刀具有令人印象深刻的抗振性能,因收囊不等螺旋角及不等齿距于一体。此外,伊斯卡的刀具设计师们还成功地创建出芯部直径及排屑槽截面面积与现有同等直径三齿立铣刀ECA-H3相近的四齿铣刀。

模具工业及航空航天工业领域需要小直径的铣刀,用于三维曲面的精密加工。伊斯卡最新推出的整体硬质合金球头立铣刀EBA-B2,带有抛光排屑槽,直径范围为1-6mm,专为这类苛刻而精密的需求而设计。该新系列铣刀还拓展开发了8-25mm直径的变形金刚可换头式立铣刀头MM EBA。

变形金刚立铣刀系列组合刀具,包括不同配置及各种可换式铣刀头,是铣铝加工的理想刀具,尤其是在需要刀具大悬伸的应用中。大悬伸整体硬质合金立铣刀由整体长度值相当大的高成本硬质合金棒料制成。尽管仅由立铣刀的刀头部分直接参与切削,在刀具磨损或突然折损后,丢弃的却是整个昂贵的棒料,这会带来明显的经济劣势。相比较而言,在这样的案例中,采用变形金刚立铣刀的用户仅需更换切削刀头。

结语

综上所述,公平公正地说,铣铝是容易的,但前提是睿智地去加工!应用高效加工策略,正确使用伊斯卡精选的铣刀,取得事实上成功的加工结果。

(Gaby Zehavi,伊斯卡航空工业经理; Andrei Petrilin,伊斯卡技术经理)

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