高效模具铣刀用于模具加工信息工程毕业论(2)

　　刀片的槽型优化设计，球头铣刀的圆弧切削刃各点的切削线速度都不相同，轴心区低，外部高，线速度的变化极大，因此各点承受切削阻力相差很大。

　　当切削速度低于某个值时，切削阻力会急剧增大，而高过此值时，变化会比较平缓，因此设计主切削刃棱带、槽型主参数时必须遵循这个规律。对于球头刀来说，设计为变棱宽棱带、光滑曲面的切屑导流槽、连续变化的前角、槽宽等最为合适，配合前刀面的减振凸台设计可以在保证刃口强度的基础上尽可能减少棱宽，从而最大化减少切削阻力和抑制振动。分屑槽刀片，对于大直径刀具D50、D40刀具和大悬长刀具来说，在进行过渡全刃接触铣削时，几乎难以加工，排屑非常困难。刀片极易被挤缺。这时需要采用分屑技术的刀片。在实际验证时，加工效率得到2倍以上的提高。

极限过载和疲劳破损校验，进一步改进刀具结构，确保刀具能够长期稳定切削。极限试验主要用于检测刀具在推荐切削参数下的安全性能，包括一系列的超载试验。这需要投入极大的物力和精力，一个产品的开发必须包含此项验证。这里列举其中一项试验： 

　　检验刀具：BMR03-040-G32-XP30-02-M；刀片：XPHT40R2004；牌号：YBG302

　　被加工材料：NAK80（HRC40）

　　切削参数：Vn=2500，ap=5mm，ae=4mm，f=2000mm/min 

　　试验结果：加工16小时后，刀具出现疲劳损坏裂纹。刀体上部安装刀片的刀槽底面与侧面出现明显裂痕，刀体已经无法继续使用。

　　正是疲劳试验发现了该刀具的内在缺陷，为此进行了四次大的改进来解决这个问题，其中包括（一）面与面间采用圆弧过渡，消除应力集中；（二）更高精度的锁进螺纹配合，提高刀片的安装刚性；（三）采用优质耐热合金钢制造刀体；（四）改变表面处理和热处理工艺，提高抗疲劳性能。改进产品小批量客户试验证明，消除缺陷的产品完全可以满足实际使用要求，现在大批量订货也没有出现问题。

　　新型球头铣刀较传统刀具有较大优势，加工实例证明了其高效切削性能，比原来传统球头铣刀提高加工效率2倍以上，且刀具寿命更长，性能可与国外先进厂家相当；批量应用证明该刀具性能稳定可靠，由于性价比高，节约了刀具消耗成本。

　　三、新型大进给铣刀

　　株钻刀具公司推出的新型大进给铣刀几乎已成为HPM的狭义对等词。这种大进给铣刀结合了低振动切削和高进给切削两种切削形式的优点，能够进一步提高刀具的切削性能。刀片基本形状为类三角形，三个边完全对称，每个边由修光刃、第一主切削刃、突起过渡区、第二主切削刃和刀尖圆弧等组成。刀具的原理及形状专利正在申请中。 

　　（一）低振动大进给铣刀的原理及特色 

　　所谓低振动切削是指刀具采用大的悬伸量加工深的部位，而刀具的刚性与悬伸长度的四次方成反比，加工效率的主要制约因素是因为加工振动而不得不降低走刀速度。FEETE公司的理论研究和试验证明，通过改变切屑的形状，可以在切屑截面不变的情况下提高走刀速度，或者说在同等金属去除率的情况下，可以降低切削阻力和消耗功率15%～25%。这是一个非常可观的数据，实际上由于受到几何形状以及残余加工区域面积的限制，产品应用达不到这一理论值。 

　　株钻公司开发的新型大进给铣刀成功地将小的主偏角与切屑形状控制理论结合起来。该铣刀在切削深度ap小于凸起过渡区到修光刃时，参与切削的为第一主切削刃，这与传统的大进给铣刀并无任何区别。

但当切削深度ap超过这一临界值时，切屑的形状发生改变，传统的大进给铣刀应为一段较长的切屑，而新型铣刀为两段切屑，这种断屑方法称为自台阶断屑。下面通过一个试验来证明对新型刀具性能的阐述。 

　　试验机床：MIKRON UCP1000

　　被加工材料：NAK80（HRC40）

　　对比试验刀具：进口D32大进给铣刀（加长型）；株钻D32大进给铣刀

　　测量仪器：KISTLER电荷测力仪

内容来自www.nseac.com

　　试验结果：由于受到机床功率的限制，f=0.8mm/z时机床已经达到极限功率，株钻D32大进给铣刀MR01-063-A22-ZD16-04的切屑成两段排出，切削状态正常。 

　　对比的进口刀具已经完全丧失了继续切削的能力，出现强烈的振动甚至抖动。这就证实采用分屑技术与大进给相结合的新型刀具有着更加优越的切削性能。 

　　株钻刀具每刃平均切削寿命为3.5小时，进口刀具为3.7小时，寿命基本相当；株钻刀具的切削振动声音相对较小；株钻刀具切屑细碎，容易被压缩空气吹走，切屑刮擦相对较轻。另外值得一提的是，在采用大进给加工前，采用RDKW1204M0刀片进行加工，大进给刀具有着明显的优势，主要体现在以下几个方面：（一）加工效率提高1～2倍，机床占用率大大降低，大大降低固定资产成本；（二）拐角处振动和大模具加工的优势更加明显，提高效率3倍以上；（三）刀片消耗量大大降低，原来RDKW刀片每月消耗2万片，而大进给刀片消耗量不到3000片。

　　新型大进给铣刀可以通过分屑方法有效抑制振动，从而进一步提高加长刀具的加工性能；合理的外形设计使该刀具的切削性能和使用寿命达到了预期目的；较传统刀具而言，新刀具的加工效率提高2～3倍，而刀具消耗量仅为原来的1/5，效益相当可观。

　　四、结束语

　　与传统刀具相比，新的高效模具铣刀加工效率提高2～3倍甚至更高，这一成功得益于优化的刀具几何设计和新的铣削策略。高性能铣削刀具的最大优点是减少了对机床的投资。低振动切削对于大悬伸加工效率的提高起到了关键作用。分屑方法是实现低振动切削最现实的一种方法，同时试验和实际应用都证明效果明显。