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快刀出擊 – 高金屬去除率銑刀

發布時間:2019-7-8




        前言
  
        大幅提高粗銑加工中每齒進給,這一加工方式被稱作快進給銑削(FF)或大進給銑削(HFM),于九十年代應用至工業領域。因用戶對縮短模具生産制造時間的需求大量增加,模具工業成為最早采用HFM大進給銑削方式進行生産實踐的領域之一。大進給銑刀HFM不僅對這一市場需求做出回應;同時還提供了高效加工刀具用于提高生産率。大進給加工方式主要基于兩個原則:銑刀的幾何形狀;銑刀在機床上獲得高速大進給驅動。

        大進給銑削相關
  
        典型的大進給銑刀具有小主偏角的特點,其值通常為9-17°。這一設計特點會引出三個重要的結果。其一是源于切屑減薄效應使得每齒進給具有得到相當大幅度提高的可能性。例如,在低合金鋼的面銑加工中,最大每齒進給值為0.2mm;然而在大進給加工中,通常能實現2mm的最大每齒進給。其二是刀具形狀确保實現小切深。銑削加工減少了切削深度DOC,降低了切削力和機床功率消耗。其三是切削力的徑向分量最小化結合軸向分量最大化,使得切削力主要作用于機床主軸的軸向方向,也就是說,切削力主要指向機床剛性最大的方向。這提高了加工穩定性。

        提高每齒進給意味着更高的進給速度,需要機床驅動刀具給出恰合的進給值。在上述針對低合金鋼的大進給銑削案例中,進給速度可達7000-9000 mm/min,比常規進給高出一大截。
  
        捕捉到市場需求,機床制造商們開發出為大進給銑削特别設計的各式各樣的機床。這些功率相對更低的機床具有“三高”特性:高扭矩,高推力主軸,高速進給驅動。這些機床具足先進的計算機數控CNC的硬件及軟件。大進給銑削HFM加工方式大大扭轉了粗銑加工概念。取代在高功率機床上以大切深及大切寬的方式對工件材料進行集中去除的加工方式,大進給銑削加工方式倡導在低功率機床上以小切深執行超高生産率的銑削加工,切削刀具飛速旋轉。

        大進給銑削已曆經一些有趣的變更。最初其被視作模具工業型腔及窄小型腔粗銑加工的有效方法,但很快就被證實在面銑加工中具有優勢。快進給FF銑刀的直徑範圍在擴張;适用于采用大進給銑削方式進行加工的工程材料組也在不斷增加。大進給銑削很快滲透進了衆多工業領域。大進給銑削作為高效加工技術不再局限于服務模具工業,開始以通用的被首肯的高生産率加工方式被投放于各金屬切削領域。盡管鋼及鑄鐵材料是大進給銑削的主要消耗材料,然而不鏽鋼、钛合金甚至高溫合金、超級合金也同樣被成功地加工。這反過來又引導刀具供應商們推出不同形式的各式各樣的大進給銑刀。他們推出可轉位銑刀及整體硬質合金立銑刀,配置以夾持柄部或心軸的形式,具有整體式或模塊式結構,多種多樣幾何形狀的銑刀,能根據加工材料組的不同進行選配。

        伊斯卡在大進給銑刀領域
  
        以伊斯卡多達數十種大進給銑刀系列來闡釋大進給銑刀的多樣性。現今,它已成為一個另辟蹊徑的獨立銑削領域,提供豐富多樣的選項。早在九十年代後期,伊斯卡就推出夾持單面銑刀片的可轉位大進給銑刀;緊接着就通過增添更多的可轉位銑刀系列使得大進給銑刀系列得到擴充,通過設計為用戶提供更多附加值。在某一案例中,銑刀夾持高成本效益的雙面銑刀片;而在另一案例中,前沿的刀具形狀顯著提高了銑刀坡走銑性能,在螺旋插補銑加工中性能更佳。在需要小尺寸銑刀的場合,伊斯卡推出快進給整體硬質合金立銑刀及夾持于其變形金剛刀體的可換式銑刀頭。将大進給銑刀用于面銑加工産生了新需求,伊斯卡不止于推出相關大進給面銑刀,還額外給出獨創的解決方案:特别設計的銑刀片。這些銑刀片能裝夾于适合于通用銑削的标準銑刀體上,僅僅通過更換刀片即可将常規銑刀轉化為大進給銑刀。該解決方案尤其受到中小型制造商們的稱揚,因這使得已購銑刀能得到有效的利用。

        在最新推出的“邏輯•智勝LOGIQ”系列中,伊斯卡推出四種全新的快進給銑刀系列,并對一些已有的系列進行了升級。隐藏在這些研發後的動機是什麼?伊斯卡以緻力于創新而極富聲譽,動力來自研發部門不停息的研發以及來自制造商們的實際需求。
  
        新系列首要的顯著特征是尺寸大幅縮小的可轉位大進給銑刀。例如, “NAN3FEED”立銑刀FFT3-02直徑範圍為8-10mm,該直徑範圍是整體硬質合金立銑刀的“經典”直徑範圍。伊斯卡堅信可轉位銑刀概念代表推出了頗具競争力的解決方案。這些立銑刀具有以采用了對微小硬質合金刀片進行原創夾緊方式的特點。小尺寸銑刀片并未設計有削弱刀片結構的常規的中心通孔。螺釘頭,扮演着楔塊的角色,不僅牢靠地夾緊刀片,而且使得能對刀片進行快速而簡捷的轉位操作。源于刀片尺寸非常小,需采用帶磁性端頭的扳手将刀片置入刀片定位槽中。這一倡導下設計的銑刀确保實現多齒結構:直徑8mm的銑刀帶2個齒,直徑10mm的銑刀帶3個齒;相比于整體硬質合金立銑刀,采用帶3個切削刃的可轉位刀片成本更低。(圖1)


        另一力證是“TANG4FEED”銑刀,大進給套式銑刀立裝夾持菱形銑刀片。該銑刀設計主要用于中-大尺寸型腔的粗銑加工。立裝夾持原理,與楔形夾持相結合确保刀片夾持牢靠,确保銑刀結構耐用。刀片的菱形形狀顯著提高了銑刀的坡走銑性能,以及單側插銑加工性能。TANG4FEED銑刀片為雙面刀片,帶4個切削刃。(圖2)
  

        當面對各式各樣的大進給銑刀系列作為可選項,“該如何選擇更适合的刀具?”這一問題就不可避免地出現了。除了伊斯卡在線專家選刀系統ITA軟件,伊斯卡還開發了快速選刀指南,可以幫助制造商們找到最高效的大進給銑刀解決方案。

        伊斯卡大進給銑刀的案例有力地證實了其開發的大進給銑刀遠未能抵達其能達到的巅峰。新推介的銑刀系列為真實的加工需求提供了合乎邏輯的答複。大進給銑刀HFM,作為粗銑加工的高生産率加工方式,前景光明;金屬切削行業将持續對具有高金屬去除率的、越來越快越來越高效的銑刀保持需求态勢。(圖3)      

   
                                                         

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