对于整体硬质合金刀具,每齿进给量fz的选择范围为0.2-0.3mm。对于可更换刀片的刀具,目前还难以给出理想的fz优化值,由于其fz值远大于整体硬质合金刀具的fz值,且与其它参数(特别是ae值)密切相关,因此其可优化范围很小,这也给其它参数的优化带来困难。
采用陶瓷刀具和CBN刀具加工时,工艺参数的选取与此类似,但进给量只能达到硬质合金刀具的50%左右。 加工表面质量
当切削速度vc=600-800m/min时,加工表面质量最好。随着切削速度的提高,表面粗糙度值最初变化不大,然后有所下降。表面粗糙度值随着进给量的增加而增大。高速加工钢材时,使用冷却液不仅不能提高加工表面质量,反而会大大降低刀具使用寿命,因此对钢材的高速加工一般宜采用干切削,其加工表面质量可达Ra0.1μm。
高速加工铸铁的刀具工艺参数优化 刀具材料
可用于高速加工铸铁(灰铸铁、球墨铸铁)的刀具材料主要有硬质合金、金属陶瓷、氮化硅陶瓷和CBN等。
对铸铁的高速切削可分为750-1250m/min和1250-4500m/min两个速度范围,但应尽可能在较高切削速度范围内加工。在1250-4500m/min速度范围内切削铸铁时,最好使用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具。Si3N4陶瓷刀具的优化切削速度为2000m/min,CBN刀具的优化切削速度为3000-4500m/min。CBN刀具使用寿命较长,但价格昂贵,应视具体情况选择。
若机床主轴转速、进给速度及刀具几何参数不允许在高于1250m/min的速度下切削,则应选用硬质合金刀具和金属陶瓷刀具。研究表明,涂层硬质合金刀具与无涂层硬质合金刀具的使用寿命可相差10倍;金属陶瓷刀具与无涂层硬质合金刀具的使用寿命可相差2-3倍。因此,选用P系列或K系列涂层硬质合金刀具可获得较满
意的加工效果(推荐选用P20/30系列带TiC/ TiN多层涂层的硬质合金刀具),刀具的具体选择则应根据加工材料和加工参数而定。 刀具几何参数
高速切削铸铁的刀具几何参数与切削工具钢时相似,但后角取值应在12°左右。硬质合金刀具、金属陶瓷刀具和CBN刀具应有10μm左右的刀尖圆角半径;陶瓷刀具通常应带有0.1×10°的刀刃保护棱。 加工工艺参数
在750-1250m/min切削速度下,可采用硬质合金刀具或金属陶瓷刀具进行加工,此时可选用较大的每齿进给量(如fz=0.8mm),因为在一定范围内刀具寿命可随进给量的增大而提高;在1250-4500m/min切削速度下,可采用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具进行加工,与前一种切削速度范围相比,此时每齿进给量应减小50%左右,由于切削速度高,此时获得的进给速度仍比前一速度范围高4-5倍。 与钢的高速切削类似,高速加工铸铁时也建议采用干式切削。 加工表面质量
一般情况下,加工表面质量可随切削速度及进给速度的提高而改善。但在加工铸铁时应注意,铸铁的纵向和横向表面粗糙度相差较大,这主要是由加工时产生的鳞刺造成的(可在粗加工表面观察到)。加工铸铁工件的最终表面粗糙度可达Ra0.2μm。
其它材料的高速加工
石墨、纤维增强塑料、镁合金、铜合金、表面淬火和整体淬火钢、高合金钢、钛合金、镍基合金等材料也可通过高速切削进行加工,但对这些材料的高速加工仍存在不少技术难点,对有关切削机理的研究目前还在继续进行。 4 结语
由于高速加工过程及其机理相当复杂,目前仍缺少成熟、可靠的加工仿真技术,因此对高速加工刀具工艺参数的优化仍主要依赖于切削试验。由于切削试验条件与实际加工条件不完全一致,因此试验结果还需在加工实践中进一步校验修正。此外,德国与中国在使用的加工机床和刀具材料等方面存在较大差别,因此本文介绍的高速切削刀具工艺参数优化结果仅供国内有关人员借鉴参考。
我国在二十世纪九十年代初期才开始对高速加工的各项关键技术进行系统研究,与国外相比起步较晚,在模具制造领域差距更大。我们应立足于我国的刀具、材料及技术条件,适当借鉴国外先进经验,加强对高速加工技术的研究及应用,迅速提高我国高速加工技术水平。