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模具加工中，無法避免大懸長加工一些深腔。使用外部風(fēng)冷，進(jìn)行切屑處理的加工機(jī)器仍然還有很多，在風(fēng)冷困難的型腔加工中，切屑容易滯留型腔，而滯留的切屑會(huì)擠傷刀具，使刀具壽命、加工精度受影響惡化。制造現(xiàn)場(chǎng)利用切削加工來提高生產(chǎn)效率，就需要尋求穩(wěn)定的高效率加工。在每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)切屑排出量大的高進(jìn)給刀盤如需實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定切削，刀片的耐崩刃性、刀盤的剛性，都是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的大切屑排出性能的很重要的因素。
開發(fā)理由
在模具等的高效率粗加工中，被廣泛使用的高進(jìn)給刀具有各種各樣的形狀。作為正角型刀具，一般有2刃型、3刃型及4刃型這3種，這3種刀具各有優(yōu)缺點(diǎn)。2刃型刀片與刀體的緊固面積大，刀片尺寸可以做到很小，故多被利用在小直徑多刃型的結(jié)構(gòu)上。如本公司的代表刀具QM快魔系列，就被各用戶廣泛采用。
3刃型比2刃型可多使用一個(gè)刃口，更經(jīng)濟(jì)，本公司的新干線SKS就是3刃型的代表。4刃型相比3刃型的刃口更多、經(jīng)濟(jì)性更好，同時(shí)主切削刃更長，比3刃型刀具可實(shí)現(xiàn)更大的切深量，更進(jìn)一步提高加工效率。另外，刀片小尺寸化的設(shè)計(jì)，更節(jié)省了資源、提高了經(jīng)濟(jì)性。
但是，普通的4刃型刀具也有不如2刃型、3刃型的地方，由于內(nèi)刃沒有有效的直線切削刃，在傾斜切入時(shí)相對(duì)比較吃力。同時(shí)，如果切削刃增加修光的設(shè)計(jì)，就難以保證外周后刀面形狀的完美。并且，當(dāng)切深量大于相對(duì)應(yīng)的刀片尺寸大小時(shí)，就意味著切削時(shí)需要更多的負(fù)載，這有可能導(dǎo)致刀具突然發(fā)生崩刃。本次開發(fā)的SKS-GⅡ型是一款既改善了上述缺點(diǎn)，又可實(shí)現(xiàn)高效率加工、排屑性能穩(wěn)定的4刃型高進(jìn)給刀具(圖1)。
圖1 SKS-GII的外觀
排屑性能的重要性
高進(jìn)給刀具的加工中，需要生成大量的切屑，并迅速排出。這也致使型腔加工最容易出現(xiàn)生成的切屑堆積在型腔的底部，擠崩刀片的問題。為了防止這種情況，僅通過離心力將切屑排向外部是不夠的，更需要將切屑向上排出。加大刀片的前角雖可增大推高切屑的力量，但也會(huì)使刀具的刃口強(qiáng)度變差。高進(jìn)給刀具靈活運(yùn)用了切削時(shí)生成的切屑彈性變形的效果，使切屑向上向外排出。
切削加工是切削對(duì)象物體的加工方法，產(chǎn)生的切屑在切削過程中經(jīng)受壓縮的彈性變形。當(dāng)切屑離開工件時(shí)，它通過彈簧回彈作用，在接受壓縮力的方向生成排屑的作用力。由于壓縮力在垂直于切削刃的方向上起作用，所以它在高進(jìn)給刀具中是向上傾斜的。 然而，利用回彈力有效排出切屑，最重要的是生成的切屑需要保持合適的卷曲半徑。 因此，為了順暢地排出切屑，需要穩(wěn)定地生成適當(dāng)卷曲形狀的切屑，即使是切深量、進(jìn)給產(chǎn)生變化時(shí)，切屑也不會(huì)受斷屑槽的影響改變切屑向上流動(dòng)的方向。
4刃型高進(jìn)給刀具和3刃型、2刃型相比，從主切削刃到斷屑槽底部的距離短，斷屑槽的設(shè)計(jì)也更為考究。因此，與切削刃形狀相匹配的柔緩的R圓弧刃形比直線刃形的壓縮作用力更強(qiáng)、更容易通過彈性變形順暢地排出切屑。
圖2 模擬的切屑解析及實(shí)際加工（高速攝像）中的切屑排出性
如圖2所示，使用高速攝像頭拍攝SKS-GIIφ50的刀具在實(shí)際加工中切屑的排出狀態(tài)。被加工材料是S50C，加工參數(shù)：Vc=150?m/min、fz=1.5?mm/刃、ap=1.5?mm、ae=35?mm?？煽闯銮行急淮罅康叵蛏吓懦?。由此，就不會(huì)發(fā)生切屑大量堆積的問題，同時(shí)在不影響刀具剛性的提前下對(duì)刀盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化。SKS-G II的刀片主切削刃采用的是R圓弧刃形。R圓弧刃形與直線刃形相比，切削殘余量更少。并且還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)切深量小時(shí)，切削刃角也小。另外，普通的R圓弧刃形比直線刃形的刀片與刀體緊固面面積小，所以SKS-GII刀片采用的是帶有一定直線刃的復(fù)合型不完全R圓弧的刃形。
高進(jìn)給刀具即使是同樣的刃數(shù)，尺寸大的刀片的加工參數(shù)、刀片剛性占更大的優(yōu)勢(shì)。但刀片尺寸過大時(shí)，刀體的剛性會(huì)變低。SKS-GII刀具充分合理化了直徑與刃數(shù)的比例，同時(shí)優(yōu)化斷屑槽形狀，保證了刀體剛性的同時(shí)，φ50刀具采用□10型、及□14型刀片，實(shí)現(xiàn)5刃型、4刃型的多刃型設(shè)計(jì)。并且，根據(jù)充分的數(shù)據(jù)分析設(shè)定合適的刀片厚度，提高刀具的耐崩刃性能。最大切深量可達(dá)1.5?mm及2.5?mm。□10型刀片可實(shí)現(xiàn)更多刃的構(gòu)造，可進(jìn)一步地提高進(jìn)給速度、增加切屑排出量，實(shí)現(xiàn)高效率的加工。而根據(jù)本公司的標(biāo)準(zhǔn)切削參數(shù)表的數(shù)值做的切屑排出量數(shù)據(jù)比較，也表明其切屑排出量大于本公司其他高進(jìn)給刀具。
4刃型的高進(jìn)給刀具在加工轉(zhuǎn)角部時(shí)，比3刃型、2刃型更容易發(fā)生振刀問題。這是因?yàn)楫?dāng)越切越深時(shí)，刀具外周的避空越小而導(dǎo)致的。SKS-GII系列采用的是負(fù)角型徑向前角，保證了外周的避空量，實(shí)現(xiàn)了在轉(zhuǎn)角加工中也幾乎不會(huì)產(chǎn)生振刀的問題。
4刃型的高進(jìn)給刀具因?yàn)闆]有有效直線內(nèi)刃，與2刃和3刃型刀片相比，在傾斜切入加工中略顯困難。4刃型的高進(jìn)給刀具在傾斜切入時(shí)，刀片的R圓弧形狀部分成為內(nèi)刃。加大R圓弧形狀可以進(jìn)行傾斜切入加工，但加大R圓弧形狀后，更容易發(fā)生振動(dòng)問題。所以，最合適的R圓弧形狀的設(shè)計(jì)，才可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的傾斜切入加工。
在開發(fā)SKS-GII時(shí)，經(jīng)全面的數(shù)據(jù)分析，最優(yōu)化了刀片的尺寸大小、厚度、切削刃形狀、R圓弧形狀、徑向前角角度等，研制出了可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高效率加工的粗加工刀具。刀片材料有強(qiáng)耐磨性能優(yōu)良的JC8118及耐崩刃性能優(yōu)良的JC8050。可靈活應(yīng)對(duì)從普通軟料到50HRC高硬度材料的粗加工。
現(xiàn)用正角型高進(jìn)給刀具，由于加工中的振動(dòng)大，無法滿足加工要求，隨后測(cè)試了黛杰的SKS-GII產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)切削阻力小，振動(dòng)也很小，每單位時(shí)間內(nèi)的切屑排出量(Q=640?cm3/min)提高了1.5倍。刀片加工了350?min后仍屬于正常磨損，還可以繼續(xù)使用。在航空零部件的模具中，需要超大懸長的刀具進(jìn)行粗加工。
現(xiàn)用的是可兩面使用的三角形刀具。懸長與直徑比L/D=9，在加工轉(zhuǎn)角時(shí)振刀問題嚴(yán)重，效率無法提高。使用了SKS-GII后，振刀小，加工穩(wěn)定、順暢，每單位時(shí)間的切屑排出量提高1.8倍。同時(shí)，刀片無崩刃現(xiàn)象，加工穩(wěn)定，壽命得到有效的延長。
以上闡述的是SKS-GII的開發(fā)經(jīng)由及性能等。近年來，可雙面使用的刀具很受歡迎，但在模具的加工中，超群的切屑排出量及加工的穩(wěn)定性才是可以實(shí)際提高生產(chǎn)效率的重要因素。SKS-GII為用戶更進(jìn)一步的提高加工效率、滿足用戶更高的加工要求。
來源：MM《現(xiàn)代制造》作者：日本黛杰刀具工業(yè)株式會(huì)社
