高速铣削时数控刀具的选用

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　　摘要：详细分析了超高速铣削时数控刀具选用的基本原则及其材料特点。依据目前相关研究成果,总结了高速铣削时几种刀具材料的具体选用方法和相应的切削速度。
　　关键词：高速铣削；数控；刀具
　　
　　高速铣削的关键是要有高速的铣削刀具，伴随着切削速度的提高，对刀具的材料等参数都提出了更高的要求。在高速切削的过程中刀具必须承受高压，高温，振动，冲击和摩擦等影响，其制造材料的耐热，耐磨，硬度，韧性，工艺和经济性是实现高速加工的关键因素。在对不同的加工工件切削时要选择与之相适配的高速切削刀具。
　　
　　一、高速铣削数控刀具选用的原则
　　（一）具有高韧性和高抗冲击能力
　　根据工件的材料对应的高速切削范围有:铝合金为(1 000~7 000)m /min，铜及铜合金为(900~5 000)m /min，各类钢为(500~2 000)m /min，灰口铸铁为(800~3 000)m /min，钛为(100~1 000)m /min。高速切削中，切削速度比传统的速度要高出5~10倍，有些甚至达到了7 000m /min的高速，因此选用的刀具应该有高韧性和高抗冲击能力。
　　（二）具有高的强度、硬度和耐磨性
　　随着切削刀具技术的进步，高速加工已广泛地应用在汽车和电子元件产品中的合金钢(HRC>30)冲压模及塑料模具零件等。有调查显示:锻模和铸模常用材料的硬度范围在HRC 45 ~60之间;塑料模的硬度范围HRC>30;冲压模具常用材料硬度范围在HRC 50~62。在高速切削上述材料时，切削刀具必须具有高的硬度才能满足生产。
　　（三）高的热硬性和化学稳定性
　　刀具以150m /min的高速在切削HRC58~65的淬硬钢时，最高的切削温度可达到1 000℃以上，因此要求切削刀具在如此高的温度下仍能保持高硬度和化学稳定性，以确保切削正常进行。
　　
　　二、高速铣削数控刀具材料选用
　　（一）高速铣削塑料数控刀具的选用
　　塑料由于其强度低，和金属材料相比其切削力也要弱很多，对选择使用什么刀具几乎没有什么影响。但是塑料由于其导热性能比较差，当切削用量提高后，随之增加的还有切削热。当塑料被告诉切削时，刀具的温度比较高，而切割下来的塑料碎屑由于导热能力差处于交融状态，在空气中受冷又被硬化。在塑料进行切割的过程中其会经常的粘在刀具上，这样就会改变刀具的切割方向，影响了切割的精度。金刚石铣刀由于其导热性能高，摩擦系数小，是切削塑料的较理想的道具。
　　（二）高速铣削石墨数控刀具的选用
　　与铜质电极相比石墨电极具有许多不可比拟的优点，例如，机械的加工性能好，热变形小，加工的精度高，速度快，电极的损耗小，加工温度高，耐高温等优点。虽然石墨非常的容易切削，但是其必须具备足够的硬度在用作EDM电极中，避免在EDM和操作中受到损坏，同时石墨电极的晶粒尺寸和强度等也受到电极的形状影响，在对切削的过程中易对工件造成崩碎，道具也容易受到磨损。在石墨加工中刀具受损是最重要的一个问题。
　　在对石墨电极进行加工中刀具的磨损是非常严重的，如果选用金刚石涂层的刀具，则刀具的磨损量会大大的降低，这就使得对石墨的加工使用高速铣削变为可能。金刚石涂层的刀具具有耐磨性高，耐磨系数小，硬度高等优点，因其具有这些优点是其成为石墨加工刀具的最佳选择。
　　（三）高速铣削铝合金数控刀具的选用
　　高速铣削技术最先研究的对象就是铝合金材料，关于其的技术到现在已很成熟。在汽车的生产领域中，为了减轻汽车的重量，减少耗油量，正在大面积使用轻型材料，铝合金就是其中的一种。大众汽车公司1979年就使用了金刚石刀具高速切削铝合金，其不论是在刀具的使用寿命上还是加工的粗糙程度上都比普通的加工工艺高出20倍。在对铝合金材料进行高速切削时，刀具如果采用的是立方氮化硼和人造金刚石则刀刃容易崩，影响切削效果。
　　对铝合金材料进行超高速切削时，应根据铝合金材料中Si的含量选择所用刀具。当Si含量的小于12%时使用k10，Si3N4刀具。对于Si含量高于12% 的时，切削刀具可使用人造金刚石（PKD），聚晶金刚石(PCD)或着是金刚石(CVD)涂层的刀具。当铝合金材料中Si含量高于16%时，最好使用金刚石涂层到或者是聚晶金刚石。
　　（四）高速铣削铸铁数控刀具的选用
　　涂层氮化硅和立方氮化硼，硬质合金的刀具是在对铸铁件加工时常用的刀具。耐磨性好是硬质合金刀的一个优点，但是相比陶瓷和立方氮化硼其硬度相对较低。为了弥补这方面的不足之处，经常在刀具的表面涂上一层碳氮化钛或者是氮化钛铝等物质。
　　如果在刀具的表面涂上一层碳氮化钛或者是氮化钛铝等物质相比于没有涂层的刀具生产率提高了25%，刀具的使用周期则提高了5倍还要多。另外，铝氮化钛的涂层到在任意的切削速度下比氮化钛或碳氮化钛涂层的刀具使用周期更长，约是其3倍。
　　（五）高速铣削钛合金(Ti6Al6V2Sn)数控刀具的选用
　　钛合金虽然具有冲击韧性大，但是其硬度比Inconel 718略低。在对其加工时硬化情况非常严重，因此经常发生刀具磨损等现象。日本一个学者在经过大量的操作，对钛合金如果使用直径是10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀切割，刀具的使用周期可达到任意时候。
　　
　　三、结论
　　被加工工件和刀具材料之间存在一个适配性问题，即在对工件进行加工时刀具具有良好的性能，并不是一种刀具是万能的，同一个刀具在加工某一材料时性能良好，但是相对于另外一种工件却不理想，这是高速切削技术复杂性的一面。
　　
　　参考文献：
　　[1] 王西彬,师汉民. 高速切削刀具的研究[J]. 机械工艺师, 1998, (08)
　　[2] 刘战强,艾兴. 高速切削刀具磨损表面形态研究[J]. 摩擦学学报, 2002, (06)
　　[3]周慎.高速切削中的刀具选用[J].机械制造与自动化, 2004,33(1)
　　[4]吴国梁.高级铣工技术与实例[M].南京:江苏科学技术出版社, 2005

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