銑刀技術的發展
為適應汽車工業需要,工具製造廠商也推出了銑削鑄鐵及其它材料銑刀刀片系列。這些刀具、刀片使得加工效率零件表面品質都得到大幅度提高。
一、Valenite公司為適應汽車工業需求開發QC銑削刀片
早期汽車生產線上,每個工位要固定節拍時間內完成一個工序加工。然後,工件被傳送到下一工位,這種傳送只能等最慢工序加工完成才能進行,這時每道工序切削速度、進給量、走刀次數都固定不變,某一道工序需要換刀就要整條生產線都要停下來,因此刀具壽命對生產效率影響非常突出。Valenite公司產品發展部經理Reiterman提出:刀具壽命為半個班、一個半班都不好,刀具壽命能穩定地達到一個班,使換刀下班之後進行最起碼要求。下一個目標才增加刀具壽命到2、3或4個班。
選用高硬度、高強度刀具材料,再附以適當塗層,延長刀具壽命首要措施。但,Reiterman認為,改進刀具幾何形狀,也增加刀具壽命重要手段,特別銑削鑄鐵時。他指出,汽車工業,加工一系列合金鑄鐵,包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵高密度球墨鑄鐵。這些鑄鐵都有不同加工特性,其灰鑄鐵含有網狀硬組織,表現為脆性,加工時,刀具易產生崩刃;球墨鑄鐵高密度球墨鑄鐵有一定塑性,可產生鐵屑,但刀具切出時,工件也會產生“翻邊”,導致刀尖損壞。Reiterman還指出,同樣工件鑄造過程不同,其加工性能也不同。例如,薄斷面、快速冷卻會使鑄件產生特硬、難加工表面。另外,加工性能也可能因鑄造批次不同配料批次不同而有所不同。
Valenite公司新開發用於加工鑄鐵QC銑刀刀片,它有四個切削刃,刀刃帶有正前角,主切削刃與副切削刃間有幾種刀尖圓弧可供選擇,副切削刃處專門設計了修光刃。
當精銑或淺切深銑削時,刀尖圓弧大小至關重要。這種情況下,刀尖圓弧半徑應比切削深度大些,這樣就產生了一個刀尖圓弧與工件間主偏角,它對加工鑄鐵時避免刀尖崩刃起到很好作用。鋒利刀刃對於加工鑄鐵時振動很敏感,極易產生崩刃。因此,刀尖圓弧主偏角處刃口要珩磨修圓。另一方面,修光刃作用為了去除進給刀痕“波峰”,珩磨降低了修光刃切削能力--使它變得不鋒利了,會使加工表面有擠光跡象。QC刀片前角正值,可以有效地降低切削力,利於排屑。可以根據工件材料特性,方便地訂制最適宜銑刀刀體,達到減小切削力、減少熱量堆積、延長刀具壽命目。不同鑄鐵銑削過程,使用QC刀片,可以增加刀具壽命。
二、銑刀幾何角度改進
根據NPP公司經驗,機床功率不足時,正確地選擇刀具幾何角度,也能擴大低功率機床生產能力。比如,按傳統,加工鑄鐵銑刀帶有負軸向徑向前角(雙負角銑刀),這種負幾何角度使刀刃比較牢固。相反,正負角銑刀(軸向正前角、徑向負前角)切削平穩,也降低了機床功率要求,更便於採用先進刀具材料。
根據刀片牌號用途,銑刀刀片刃口可以鋒利,也可以磨出0.013mm∼0.076mm倒棱。對於Kyon3500陶瓷刀片磨出一個20°倒棱,倒棱寬度為0.2mm,以防刀刃高速下被切屑打壞。
Kennametal公司Fix-Perfect系統一個不同正負角組合產品系列。其特點于:由於刀片採用立裝型式,刀刃下部有較強實體支承,增加了刀刃強度。負軸向前角使切削力向著主軸,銑刀工作穩定。而且,負軸向前角能使最早切入工件“衝擊點”離開刀尖,對刀尖起保護作用。
Fix-perfect銑刀帶有刮光刀片,可用於粗銑精銑。表面粗糙度可達32(輪廓均方根偏差值),這樣可減少一次精銑加工,也減少了迴圈時間。
三、Iscar公司開發用於汽車工業Auto2000銑刀
汽車生產從使用古老剛性生產線到目前先進柔性製造系統,完成了數位化轉變。而對於汽車本身,則出現了能源多元化發展趨勢。這一變化直接影響到汽車結構汽車零件材料選用。因此,汽車製造業正尋求既能方便使用又能適應多種金屬材料刀具。為此,Iscar公司發展了一個新汽車工業專用銑刀系列,該銑刀系列稱之為Auto2000銑削系統。其特點,定位刀片軸向高度刀片座環精磨過,這樣可大量節省刀具調整重調時間。刀具可用於精銑、半精銑灰鑄鐵、可鍛鑄鐵汽車業常用球墨鑄鐵。採用最大切削深度為5mm。刀片為八角形漢陽科技版權所有,每個刀片有16條切削刃,軸向有正前角卷屑槽,減小了切削力。另外,刀尖後部帶有修光刃,可提高工件表面品質。
四、銑削用陶瓷刀片使用效果
模組式生產線或柔性加工單元(FMC)上,借助數控技術調整切削參數很容易,這樣更有利於充分發揮先進刀具全部潛能。Kennametal公司銑刀部經理Marshall說,對於銑削灰鑄鐵,要獲得最高生產率,氮化矽最佳選擇。即使760∼1370m/min切削速度下使用,其進給速度刀具壽命仍可與硬質合金相比。
全國精密產品公司(NPP)試用Kennametal公司氮化矽Kyon3500製成Fx-perfect刀片後,認為與硬質合金刀具比較,進給量提高了3∼4倍後,刀具壽命仍有所提高。比如,用φ25.4mm整體硬質合金立銑刀,一次重磨可加工300件,用φ76mm裝有Kyon3500Fix-perfect刀片面銑刀時,加工超過2000件/刃或16000件/片。
據NPP公司介紹,球墨鑄鐵比灰鑄鐵難加工,需要對切削速度進行調整。每齒金屬切除率與加工灰鑄鐵相同情況下,加工球墨鑄鐵,其切削速度為v=730m/min,加工灰鑄鐵,切削速度為v=914∼1219m/min。氮化矽Kyon3500刀具材料性能優越,雖然其價格比硬質合金貴,但生產率提高帶來效益遠勝於刀具費用增長。關鍵機床功率剛性要足夠。雖然陶瓷用於銑削可達到很高切削速度,刀具壽命也很長,但如果切深達到3.8mm,機床功率就達到20馬力也帶不動。因此只能降低一點切削速度,這樣做並沒有充分發揮出陶瓷優越性能。
五、刀具要適應汽車各類零件材料變化
由於鑄鐵堅硬性很高抗壓強度,並且能鑄成很複雜形狀,所以一直用於製造汽車發動機箱體其它零件。後來CAFE(Corporate-average-fuel-efficiency)等推動下,開始輕型運載工具上減少重合金用量。1980年,按照美國鑄造協會規定,家用汽車控制600磅鑄鐵,到1999年,其平均值降了近一半,達到325磅,預計2006年降到230磅。另一方面,制鋁業分析預測,汽車鋁件應用5年內將上升50%,從2000年250磅/輛,到2005年將達到380/輛。
大量生產加工鋁件,需要用聚晶金剛石(PCD)刀具。加工時產生切屑PCD刀具損壞主要原因。
要保持PCD刀具切削刃完整,最好使切削負荷均勻分佈到每個銑刀刀齒上。因此,精密調整(特別軸向)延長PCD銑刀壽命重要手段。如Ingersoll銑刀Flex-Lok刀墊能允許對立裝刀片進行精密調整,然後用桶形螺釘把刀片固定。這樣,銑刀上每個刀片負荷均衡,從而可獲得最長刀具壽命。
加工鋁合金對刀具幾何角度有特殊要求,航空工業用鋁合金,因其粘性大、矽含量低,所以應採用大正前角刀具;對於汽車工業用含矽量高鑄造鋁合金,就不必用太鋒利正前角,而應以穩定、耐用為主。因此,大多數汽車製造廠商加工鋁合金,都選用較小軸向徑向正前角。
另外,現有些汽車零件採用淬硬加工,以提高生產率降低成本。如加工淬硬黑色金屬,可選用裝有CBN或陶瓷刀片的銑刀
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