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快刀出击 – 高金属去除率铣刀
Jul 8, 2019  来源:伊斯卡 技术经理   作者:Andrei Petrilin



        前言
  
        大幅提高粗铣加工中每齿进给,这一加工方式被称作快进给铣削(FF)或大进给铣削(HFM),于九十年代应用至工业领域。因用户对缩短模具生产制造时间的需求大量增加,模具工业成为最早采用HFM大进给铣削方式进行生产实践的领域之一。大进给铣刀HFM不仅对这一市场需求做出回应;同时还提供了高效加工刀具用于提高生产率。大进给加工方式主要基于两个原则:铣刀的几何形状;铣刀在机床上获得高速大进给驱动。

        大进给铣削相关
  
        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三个重要的结果。其一是源于切屑减薄效应使得每齿进给具有得到相当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。其二是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。其三是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方向,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7000-9000 mm/min,比常规进给高出一大截。
  
        捕捉到市场需求,机床制造商们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:高扭矩,高推力主轴,高速进给驱动。这些机床具足先进的计算机数控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进行集中去除的加工方式,大进给铣削加工方式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。

        大进给铣削已历经一些有趣的变更。最初其被视作模具工业型腔及窄小型腔粗铣加工的有效方法,但很快就被证实在面铣加工中具有优势。快进给FF铣刀的直径范围在扩张;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。大进给铣削作为高效加工技术不再局限于服务模具工业,开始以通用的被首肯的高生产率加工方式被投放于各金属切削领域。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、超级合金也同样被成功地加工。这反过来又引导刀具供应商们推出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。

        伊斯卡在大进给铣刀领域
  
        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。早在九十年代后期,伊斯卡就推出夹持单面铣刀片的可转位大进给铣刀;紧接着就通过增添更多的可转位铣刀系列使得大进给铣刀系列得到扩充,通过设计为用户提供更多附加值。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产生了新需求,伊斯卡不止于推出相关大进给面铣刀,还额外给出独创的解决方案:特别设计的铣刀片。这些铣刀片能装夹于适合于通用铣削的标准铣刀体上,仅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们的称扬,因这使得已购铣刀能得到有效的利用。

        在最新推出的“逻辑•智胜LOGIQ”系列中,伊斯卡推出四种全新的快进给铣刀系列,并对一些已有的系列进行了升级。隐藏在这些研发后的动机是什么?伊斯卡以致力于创新而极富声誉,动力来自研发部门不停息的研发以及来自制造商们的实际需求。
  
        新系列首要的显著特征是尺寸大幅缩小的可转位大进给铣刀。例如, “NAN3FEED”立铣刀FFT3-02直径范围为8-10mm,该直径范围是整体硬质合金立铣刀的“经典”直径范围。伊斯卡坚信可转位铣刀概念代表推出了颇具竞争力的解决方案。这些立铣刀具有以采用了对微小硬质合金刀片进行原创夹紧方式的特点。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,扮演着楔块的角色,不仅牢靠地夹紧刀片,而且使得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刀片定位槽中。这一倡导下设计的铣刀确保实现多齿结构: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。(图1)


        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,确保铣刀结构耐用。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。(图2)
  

        当面对各式各样的大进给铣刀系列作为可选项,“该如何选择更适合的刀具?”这一问题就不可避免地出现了。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。

        伊斯卡大进给铣刀的案例有力地证实了其开发的大进给铣刀远未能抵达其能达到的巅峰。新推介的铣刀系列为真实的加工需求提供了合乎逻辑的答复。大进给铣刀HFM,作为粗铣加工的高生产率加工方式,前景光明;金属切削行业将持续对具有高金属去除率的、越来越快越来越高效的铣刀保持需求态势。(图3)      

   
                                                         

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