高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化

1、高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化1引言引言高速加工作為一種先進(jìn)的切削技術(shù)，自二十世紀(jì)八十年代以來得到了日益廣泛的應(yīng)用。高速加工采用遠(yuǎn)高于常規(guī)加工的切削速度和進(jìn)給速度，不僅可提高加工效率，縮短加工工時(shí)，同時(shí)還可獲得很高的加工精度。隨著高速加工主軸技術(shù)的發(fā)展，與其配套的新型刀具不斷出現(xiàn)，對(duì)高速加工用刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化研究也不斷深入。目前，德國(guó)、美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高速加工技術(shù)的研究和應(yīng)用處于世界領(lǐng)先地位，特別是德國(guó)

2、對(duì)高速加工的研究起步較早，成果較多。早在1984年，德國(guó)國(guó)家研究技術(shù)部(DFG)就出資700萬馬克資助德國(guó)Darmstadt工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)和機(jī)床研究所(PTW，InstitutofProductionEngineeringMachineTools)與41家公司進(jìn)行了為期4年的合作，全面開展對(duì)高速加工切削機(jī)理、高速加工工藝、高速加工用機(jī)床與刀具的研究。由于政府的高度重視和大力資助，研究工作取得了豐碩成果。德國(guó)不少公司很快掌握了高速加工技

3、術(shù)，并不斷支持和推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的深入研究與發(fā)展。本文對(duì)德國(guó)PTW研究所近年來在高速加工刀具工藝參數(shù)優(yōu)化方面的最新研究成果作一介紹，希望能為國(guó)內(nèi)的高速加工研究及應(yīng)用提供有益的參考。2高速加工的特點(diǎn)高速加工的特點(diǎn)高速加工(HighSpeedCutting，簡(jiǎn)稱HSC)通常是指在高于常規(guī)加工速度510倍的條件下進(jìn)行的切削加工。在高速加工中，必須根據(jù)不同的加工材料、加工方式、加工工藝、刀具參數(shù)并考慮刀具使用壽命和加工表面質(zhì)量來選擇切削速度。表1為

4、加工不同工件材料時(shí)HSC銑削與常規(guī)加工的切削速度比較。表2為采用不同加工方式切削合金鋼時(shí)HSC與常規(guī)加工的切削速度比較。加工鋁合金時(shí)，可供選擇的刀具材料有硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷、聚晶金剛石等。硬質(zhì)合金是高速切削鋁材的主要刀具材料。實(shí)際加工中通常使用無涂層的硬質(zhì)合金刀具，這是因?yàn)檩^厚的涂層會(huì)導(dǎo)致刀尖圓弧鈍化，而較薄的涂層則會(huì)在加工時(shí)迅速磨損，均難以起到延長(zhǎng)刀具壽命的作用。由于P系列和M系列硬質(zhì)合金中含有TiC成分，而TiC與鋁的親和性好

5、，不利于切削，因此在粗加工時(shí)宜選用K系列硬質(zhì)合金刀具。陶瓷材料材質(zhì)較輕，常用于大型刀具；陶瓷刀具亦可用于鋁材的高速切削，但Al2O3陶瓷刀具因脆性較大而不常使用。多晶金剛石刀具的使用壽命在相同切削條件下可比硬質(zhì)合金刀具顯著延長(zhǎng)，但昂貴的價(jià)格使其難以得到廣泛使用；在加工Si含量較高的AlSi合金時(shí)，由于硬質(zhì)合金刀具磨損很快，使用聚晶金剛石刀具則較為經(jīng)濟(jì)。近年來，綜合了聚晶金剛石和硬質(zhì)合金兩者優(yōu)點(diǎn)的CVD聚晶金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具已得到越來

6、越廣泛的應(yīng)用。刀具幾何參數(shù)刀具幾何形狀的選擇取決于鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度和Si成分含量。研究表明，刀具前角和刀尖鈍圓半徑是影響鋁合金加工質(zhì)量的主要因素。刀具后角的選取會(huì)影響刀具剛度，增大后角有利于提高刀具壽命，但會(huì)降低刀刃剛度。為此可采用雙倒棱后角，在增大后角的同時(shí)保證刀具剛度。此外，刀尖圓弧半徑的選擇應(yīng)適當(dāng)，圓弧半徑過大或過小都會(huì)降低刀具使用壽命。整體刀具的螺旋角優(yōu)化值為2025。表3列出了加工不同鋁合金材料時(shí)刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)值。