用鈦合金銑刀體，獲最佳性能
2023-5-30 來(lái)源：伊斯卡 作者：技術(shù)經(jīng)理 Andrei Petrilin
整體式VS組裝式
用大懸伸刀具進(jìn)行銑削常見(jiàn)于各種加工過(guò)程中，并受到刀具結(jié)構(gòu)或夾具的影響。深腔銑削的特點(diǎn)包括方肩、陡壁、深邊和清根，這些都是典型需要用到大懸伸刀具的應(yīng)用。增加的刀具懸伸降低了刀具的剛性，從而影響加工穩(wěn)定性。最終造成振動(dòng)、表面粗糙度差以及刀具壽命縮短。
整體式設(shè)計(jì)的長(zhǎng)懸伸刀具提供了最大剛性的解決方案。但由于巨大的生產(chǎn)成本且極有可能造成功能損失，這種設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用受到限制。例如，刀片斷裂會(huì)造成刀體損壞，所以在使用昂貴的刀具時(shí)，可能會(huì)造成很大的損失。
組裝式刀具的設(shè)計(jì)很常見(jiàn)，用于避免可能的刀具損壞。這種長(zhǎng)懸伸刀具由常規(guī)尺寸的銑刀和安裝該銑刀的刀柄組成。如有必要，刀柄本身就是一個(gè)模塊化組件，包括標(biāo)準(zhǔn)元件，如機(jī)床主軸接口、延長(zhǎng)桿、減徑桿等部分。組裝式刀具具有高通用性、優(yōu)異的刀具結(jié)構(gòu)和可高效定制等重要的優(yōu)點(diǎn)。如果刀盤(pán)損壞，可以很容易地更換，與此同時(shí)其他組件可繼續(xù)使用。
與整體式刀具相比，組裝式刀具會(huì)導(dǎo)致刀具剛性的降低，從而影響刀具的動(dòng)態(tài)性能。但組裝式刀具可以使用具有減振功能的刀柄，這種減震刀柄能夠顯著提高組裝式刀具的動(dòng)態(tài)性能。在這種情況下，需要經(jīng)常降低切削參數(shù)，以消除導(dǎo)致生產(chǎn)率下降的振動(dòng)和噪音。
此外，長(zhǎng)懸伸銑削的性能也可以通過(guò)一些方法獲得提升，如帶分屑刃口的切削刃、不對(duì)稱齒距和不同的刃傾角，這些特性與切削刃型和刀具本身有關(guān)。
減輕刀體的重量有助于獲得更好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。然而，減重不應(yīng)以刀具的強(qiáng)度為代價(jià)。鋼是制造刀具的傳統(tǒng)材料。鈦可以用來(lái)代替鋼，其密度低，但強(qiáng)度高。鈦還具有優(yōu)異的耐腐蝕性和抗磨性能，這是延長(zhǎng)刀體壽命的重要因素。與鋼相比，鈦的加工性差，這必然會(huì)導(dǎo)致加工成本的增加。如果采用具有型腔的刀體設(shè)計(jì)也可以減少刀具的質(zhì)量，但同樣也會(huì)增加其制造成本。
現(xiàn)代制造技術(shù)，突破局限
現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展使得解決方案能夠克服這些障礙。如增材制造(AM)就是一種有效的方法來(lái)完成刀體的復(fù)雜配置，同時(shí)最大限度地減少加工操作。3D打印推動(dòng)了鈦制刀體的生產(chǎn)，同時(shí)確保了可持續(xù)性。領(lǐng)先的刀具制造商已經(jīng)采用增材制造工藝來(lái)生產(chǎn)用于大懸伸加工的銑刀。使用增材制造技術(shù)來(lái)制造鈦合金刀體的輕質(zhì)可轉(zhuǎn)位銑刀越來(lái)越常見(jiàn)。伊斯卡近期推出了一種新的套式銑刀。該銑刀擴(kuò)展了HELI2000 90°銑刀的產(chǎn)品范圍，安裝了帶螺旋切削刃的可轉(zhuǎn)位刀片，使用螺旋刃刀片的輕型鈦合金刀體的刀盤(pán)。該新產(chǎn)品以其原創(chuàng)和革新的銑削解決方案成為伊斯卡創(chuàng)新精神的典型代表。(圖1)
這種鈦合金套式銑刀刀體采用3D打印技術(shù)之一——選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)。因此，刀體的特征，如容屑槽和減重腔的形狀復(fù)雜，在金屬加工中不是很常見(jiàn)。增材制造技術(shù)可以最大化地利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)來(lái)優(yōu)化內(nèi)部通道的輪廓，以確保冷卻液精準(zhǔn)有效地通過(guò)刀體到達(dá)刃口。傳統(tǒng)的加工工藝在形成通道方面有局限性，而增材制造提供了無(wú)限的選擇。(圖2,3)
此外該銑刀的設(shè)計(jì)還利用不對(duì)稱齒距原理來(lái)提高刀具的抗振性。
這種堅(jiān)固的輕質(zhì)可轉(zhuǎn)位套式銑刀，結(jié)合非典型刀體材料與增材制造的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，適用于長(zhǎng)懸伸加工應(yīng)用。該新刀具可在大懸伸的情況下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的切削，從而確保提高生產(chǎn)率和刀具壽命。在產(chǎn)品應(yīng)用的初始階段，伊斯卡引入了直徑為50和63毫米(公制產(chǎn)品線)或2.00英寸的鈦合金刀體套式銑刀。為優(yōu)化加工效果并獲得良好的表面粗糙度，建議將銑刀安裝在具有抗振動(dòng)機(jī)制的刀柄上，如伊斯卡的WHISPER LINE刀柄。
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