高金属去除率铣刀

作者:伊斯卡 Andrei Petrilin 发布时间:2019-12-19
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面对各式各样的大进给铣刀系列,该如何选择更适合的刀具呢?对此,除了伊斯卡在线专家选刀系统ITA软件,伊斯卡还开发了快速选刀指南,可以帮助制造商们找到最高效的大进给铣刀解决方案。

大幅提高粗铣加工中的每齿进给,这被称作“快进给铣削(FF)”或“大进给铣削(HFM)”,它于20世纪90年代被应用在工业领域。随着用户对缩短模具制造周期需求的日益强烈,模具工业成为最早采用HFM大进给铣削方式的应用领域之一。

大进给铣刀HFM不仅对市场需求做出了回应,同时还令高效加工刀具实现了更高的生产率。大进给加工方式主要基于两个原则:铣刀的几何形状,以及铣刀在机床上获得高速大进给的驱动。


金属切削行业对高金属去除率的高效铣刀需求旺盛

典型的大进给铣刀具有小主偏角的特点,其值通常为9°~17°。这一设计特点会引出3个重要的结果:第一,源于切屑减薄效应,使得每齿进给具有获得大幅度提高的可能性,例如在低合金钢的面铣加工中,最大每齿进给值为0.2mm,然而在大进给加工中,通常能实现2mm的最大每齿进给;第二,刀具形状确保实现小切深。铣削加工减少了切削深度DOC,降低了切削力和机床功率消耗;第三,切削力的径向分量最小化结合轴向分量最大化,使得切削力主要作用于机床主轴的轴向,也就是说,切削力主要指向机床刚性最大的方向,这提高了加工稳定性。

提高每齿进给意味着更高的进给速度,需要机床驱动刀具给出恰合的进给值。在上述针对低合金钢的大进给铣削案例中,进给速度可达7000~9000mm/min,比常规进给高出一大截。

捕捉到市场需求,机床制造厂商开发出为大进给铣削特别设计的各式各样的机床。这些功率相对更低的机床具有“三高”特性,即高扭矩、高推力主轴和高速进给驱动。这些机床具有足够先进的计算机数控CNC的硬件及软件。大进给铣削HFM加工方式大大扭转了粗铣加工概念。取代在高功率机床上以大切深及大切宽的方式对工件材料的集中去除模式,大进给铣削倡导在低功率机床上以小切深执行超高生产率的铣削加工,切削刀具飞速旋转。

大进给铣削已历经了一些有趣的变更。最初,其被视作粗铣模具型腔及窄小型腔的有效加工方法,但很快就证实它在面铣加工中具有优势。快进给FF铣刀的直径范围在扩展,适用于采用大进给铣削方式进行加工的工程材料组也在不断增加。大进给铣削很快渗透进了众多工业领域。

作为高效加工技术,大进给铣削不再局限于模具工业领域,开始以通用的高生产率加工方式而被用于各金属切削领域。尽管钢及铸铁材料是大进给铣削的主要消耗材料,然而不锈钢、钛合金甚至高温合金、超级合金也同样得到了成功的加工,这反过来又引导刀具供应商们推出了不同形式的各式各样的大进给铣刀。他们推出可转位铣刀及整体硬质合金立铣刀,配置以夹持柄部或心轴的形式,具有整体式或模块式结构。多种多样几何形状的铣刀,能根据加工材料组的不同进行选配。

以伊斯卡多达数十种大进给铣刀系列来阐释大进给铣刀的多样性。现今,它已成为一个另辟蹊径的独立铣削领域,提供丰富多样的选项。早在20世纪90年代后期,伊斯卡就推出了夹持单面铣刀片的可转位大进给铣刀,紧接着,通过增添更多的可转位铣刀系列,使得大进给铣刀得到扩充,通过设计为用户提供更多的附加值。在某一案例中,铣刀夹持高成本效益的双面铣刀片,而在另一案例中,前沿的刀具形状显著提高了铣刀坡走铣性能,在螺旋插补铣加工中性能更佳。在需要小尺寸铣刀的场合,伊斯卡推出快进给整体硬质合金立铣刀及夹持于其变形金刚刀体的可换式铣刀头。将大进给铣刀用于面铣加工,则产生了新的需求,对此,伊斯卡不仅推出了相关的大进给面铣刀,还额外给出了独创的解决方案:特别设计的铣刀片能装夹于适合通用铣削的标准铣刀体上,仅通过更换刀片即可将常规铣刀转化为大进给铣刀。该解决方案尤其受到中小型制造商的欢迎,因为这使得已购铣刀能得到有效利用。

伊斯卡在最新的“逻辑·智胜LOGIQ”系列中又推出了4种全新的快进给铣刀,并对一些已有的系列进行了升级。

新系列首要的产品是尺寸大幅缩小的可转位大进给铣刀。例如,“NAN3FEED”立铣刀FFT3-02的直径范围为8~10mm,这是整体硬质合金立铣刀的“经典”直径范围。这些立铣刀采用了对微小硬质合金刀片进行夹紧的方式。小尺寸铣刀片并未设计有削弱刀片结构的常规的中心通孔。螺钉头起着楔块的作用,不仅能牢靠地夹紧刀片,还能对刀片进行快速而简捷的转位操作。源于刀片尺寸非常小,需采用带磁性端头的扳手将刀片置入定位槽中。采用这一设计的铣刀,确保了多齿结构:直径8mm的铣刀带2个齿,直径10mm的铣刀带3个齿;相比于整体硬质合金立铣刀,采用带3个切削刃的可转位刀片成本更低。


相比整体硬质合金立铣刀,采用带3个切削刃的可转位刀片成本更低

另一力证是“TANG4FEED”铣刀,大进给套式铣刀立装夹持菱形铣刀片。该铣刀设计主要用于中、大尺寸型腔的粗铣加工。立装夹持原理与楔形夹持相结合,确保刀片夹持牢靠和铣刀结构耐用。刀片的菱形形状显著提高了铣刀的坡走铣性能,以及单侧插铣加工性能。


TANG4FEED铣刀片为双面刀片,带4个切削刃

面对各式各样的大进给铣刀系列,该如何选择更适合的刀具呢?对此,除了伊斯卡在线专家选刀系统ITA软件,伊斯卡还开发了快速选刀指南,可以帮助制造商们找到最高效的大进给铣刀解决方案。

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