论抗振性能: 黛杰【顽固到底“金箍棒”】

作者:黛杰工业株式会社 文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2020-03-24
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在制造领域,提高质量、缩短交货时间、降低成本等提高生产率是每个生产者的重要命题。近年来,追求这个命题的需求更是日益增加。然而,切削领域中,加工中产生的切削振动是妨碍生产率提高的障碍之一。而在大悬长加工中,由于刀具过长而引起的刀具飘摆又是引起加工振动的原因之一。如图1所示,刀具的飘摆量与刀具悬长的立方成正比,与刀具直径的四次方和材料的弹性模量成反比。因此,为了抑制振动,需要缩短刀具的悬长,增大刀具的直径,并使用弹性模量高的材料。当以上对策都无法实现时,就只能降低切削条件尽量减少切削阻力的产生。这样就导致了加工时间增多,生产效率低下的局面。

图1 工具的飘摆量

图1 工具的飘摆量

本文中介绍了可有效抑制刀具飘摆的整体硬质合金刀杆【顽固到底“金箍棒”】(MSN型),以及与它配套使用的整体硬质合金可换头【万弧S-可换头】(STLP型)】和【防振S-可换头(SMSR型)】的切削性能和加工实例。

【顽固到底“金箍棒”(MSN型)】的特征

硬质合金的弹性模量为520 GPa,约为合金钢206 GPa的2.5倍。一般情况下,由于硬质合金螺纹的加工难度和精度,用钢件制作螺纹部分然后焊接至合金杆上的构造一直占主流地位。直到充分利用硬质合金高强度特性的整体硬质合金杆【顽固到底“金箍棒”】的问世 ,让切削条件增加了2~3倍,大幅地减少了加工时间,并且即使在加工深度L/D=6或更深的深工件加工中也可以保持稳定地加工且不发生振刀现象(图2)。

图2 顽固到底“金箍棒”整体硬质合金杆(MSN型)

图2 顽固到底“金箍棒”整体硬质合金杆(MSN型)

【万弧S-可换头(STLP型)】的特征

【万弧S-可换头】是一款在20°的外围锥度上加上大R1500mm的切削刃设计,增大步距,从而实现立壁的高效精加工的鼓形刀具。

它的特点是,相对于加工表面,通过将轴倾斜20°,可以让刀具在较短悬长的情况下接近工件,并且与球头立铣刀和牛鼻刀具相比,步距增加了,从而提高了加工效率并可以获得良好表面光洁度的五轴加工用刀具。【万弧S-可换头】的刀头头部为球形,可以用于清角/清根加工和复杂形状面的加工。刀具材质采用了具有出色的抗氧化性、耐热性的【DH涂层】和微粒子硬质合金相结合的【DH115】。普通钢、预硬钢的加工不在话下,也可以应对不锈钢、钛合金、耐热合金和铝合金等广泛被加工材料。刀具规格有Φ16和Φ20。30°螺旋角的设计,阻力低;4刃型的设计实现高效率加工(图3)。

图3 万弧S-可换头(STLP型)及配套的顽固到底“金箍棒”硬质合金杆MSN图3 万弧S-可换头(STLP型)及配套的顽固到底“金箍棒”硬质合金杆MS(b)

图3 万弧S-可换头(STLP型)及配套的顽固到底“金箍棒”硬质合金杆MSN

【万弧S-可换头(STLP型)】的加工实例

这是一个加工塑胶模具的例子。 被加工材料为预硬钢(35HRC),加工机床为HSK-A63规格的五轴加工中心。 使用的刀具和加工条件为:

刀具型号:STLP-4160T20R4-M8,Φ16;

加工条件:Vc=142 m/min(刀尖直径处)、fz=0.08 mm/t;

半精加工:ap=4 mm,ae=0.15 mm;

精加工:ap=2 mm,ae=0.1 mm;

刀具悬长= 220 mm,顺铣,吹气风冷。

之前,从半精加工到精加工需要4.5 h,但使用了万弧S-可换头后,将时间大幅减少至51 min就加工完成,且加工表面非常漂亮(图4)。

图4 预硬钢的塑胶模具

图4 预硬钢的塑胶模具

【防振型S-可换头(SMSR型)】的特征

【防振型S-可换头SMSR型】是采用了不等分割、不等导程的设计,具有优良的防振效果的整体硬质合金立铣刀可换头。

它采用了正前角加42°~45°的强螺旋角设计,有效减小切削过程中产生的阻力。此外,半径角R采用了不等导程的设计,大幅减少振动现象。刀具材质采用具有出色抗氧化性和耐热性的【DH涂层】与超微粒子硬质合金组合而成的【DH115】。另外,在各切削刃口上设置有内部冷却孔,可将切削液直接供给至切削刃,改善了耐熔屑问题的同时抑制了加工振动。因此,它不仅可应用于普通钢、预硬钢的加工,不锈钢、钛合金和耐热合金的加工亦可从容应对。刀具规格有Φ16~Φ32,刀尖半径角有R0.5~R3(图5)。

图5 防振型S-可换头(SMSR型)

图5 防振型S-可换头(SMSR型)

【防振S-可换头(SMSR型)】的加工事例

在内转角部的机械加工中,由于加工余量的增加,同时切削刀片的数量也增加,导致了机械加工的阻力变大,从而容易发生振刀问题。接下来,我们就在容易引起机械加工振动的钛合金Ti-6Al-4V加工中,与传统产品相比,通过对转角零件进行机械加工来评估抗振S-可换头的抗振性能。使用的机床是BT50的立式加工中心,使用的刀具和加工条件如下所示:

刀具型号:SMSR-4160R20-M8,Φ16-R2;传统产品,Φ16-R2(8个刃口);

加工条件:Vc=60 m/min(传统产品:40 m/min),fz=0.08 mm/t(传统产品:0.02 mm/t),ap=6 mm,ae=0.15 mm,悬长=105 mm,顺铣,内部冷却(水溶性切削油)。

以往的产品加工的工件表面出现了振刀引起的振纹,防振型S-可换头与传统产品相比,即使在更快更高效的加工条件下,防振S-可换头没有出现振纹获得了良好的加工表面。由此我们用事实证明了它优异的减振性能(图6)。

图6 防振性能比较

图6 防振性能比较

综上所述,对防止振动有效的硬质合金刀杆【顽固到底】以及与之组合使用的【万弧S-可换头(STLP型)】和【防振S-可换头(SMSR型)】的机械加工性能及切削性能的改善,黛杰通过实例进行了详细介绍。

除了以上介绍的整体硬质合金可换头之外,该系列还有多刃型圆角立铣刀可换头【S-可换头(SMSA型)】、用于铝材加工的立铣刀可换头【S-可换头(SMAL型)】, 还有许多机夹式的可换头刀具等,系列齐全,用途广泛。展望未来,黛杰将继续致力于提出新产品和创新加工技术,以便我们进一步扩大有效活用【顽固到底】的特性及可换头的强强组合,为进一步提高生产力竭尽全力。

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