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国产硬质合金螺旋立铣刀在加工中心上的应用

点击次数:  更新时间:2016-04-07 12:27:42  【打印此页】  【关闭

  CNC加工中心用的立铣刀,品种规格繁多,从结构来分有整体式合金立铣刀、可转位硬质合金立铣刀(包括模块式)及焊接式硬质合金螺旋立铣刀3类。第1类和第2类使用面很广,而第3类螺旋立铣刀使用面窄,使用不多。下面对螺旋立铣刀进行分析。

  国产螺旋立铣刀,自20世纪80年代已问世,当时由于刀片需挤压呈螺旋状,工艺复杂难度大,迟迟未扩大生产,后逐渐发展,在2008年国家已制定部标,目前国内已有数十家刀具专业厂生产螺旋立铣刀,品种规格齐全。以往螺旋立铣刀,用在普通铣床上较多,应用在CNC加工中心上较少。常规螺旋立铣刀若在硬质合金材质、刀片截面尺寸、刀具几何参数及刀体的强度等方面设计不妥会造成不少缺点。可这种结构立铣刀有它独特的长处,不仅制作工艺较简单、成本低,最主要的是切削性能好,切削刃锐利,刃口用钝后还能多次修磨,刀具使用成本低,可弥补可转位刀具在使用中的不足,若能提高刀具的强度,增加刀具的耐磨性,这类刀具是很理想的刀具。

  1. 螺旋立铣刀的改进

  1998年株洲钻石对螺旋立铣刀尝试了改进,硬质合金刀片材质从原来的单一YG8牌号改为亚微细颗粒YL10.2及YS25合金牌号。YL10.2合金硬度≥91.8HRC,抗弯强度达到4 000N/m2,主要适于切削各种铸铁、有色金属及非金属材料。YS25牌号是在WC-CO-TiC基础上加入8%Tac元素,对应ISO的P25~P30使用范围,主要用于铣削各种钢材,尤其是合金钢之类材料效果突出。与常用硬质合金刀片材料相比,这两种合金材料无论是物理机械性能还是使用性能都有很大改善和提高,具有很强的耐磨性、抗冲击韧性、抗氧化性、抗粘结和抗扩散能力;同时增加了螺旋硬质合金刀片的截面尺寸,刀体进行了淬火处理,刀具刀尖处由原来倒角形改为小圆弧形。改进后立铣刀经苏州沙迪克三光,在五面体龙门加工中心上多年使用,受到了好评。f50mm新型螺旋立铣刀完全可替代从日本进口的“住友”同规格铣刀,其价格是进口刀的1/4,它的可切削耐用度、加工零件精度及表面粗糙度不逊色于日本着名品牌刀具。

  2.导轨螺旋立铣刀

  在提高螺旋立铣刀强度与耐用度的基础上,只需改变刀具几何参数就能解决技术难度较高的精加工,下面介绍新研发的精铣导轨用“导轨螺旋立铣刀”(见图1)。此刀具是笔者与田润科高工共同研发的,刀具是由株洲华新硬质合金工具厂制造。

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  众所周知,精密机床如电火花慢走丝、电火花成型机及CNC加工中心等,机床主要大件床身、立柱及拖板上均装有精度非常高的直线导轨定位,固定直线导轨是两个相互垂直的两组精加工基准面,俗称侧导轨与平导轨面(见图2),通常两组导轨面长1.1~1.5m,直线度为0.005mm,相互平行度0.005mm,平面度为0.008mm,表面粗糙度值Ra=0.8~1.6mm。加工难度与精度非常高,为保证其精度很多相关公司除选用高精度的工作母机(如大隈、马扎克等高精度龙门铣)外,还在刀具配置上选用进口硬质合金立铣刀或进口可转位立铣刀来切削,这样不仅刀具价格昂贵,加工导轨质量有时波动大,往往还要人工铲刮来修正或上龙门导轨磨床返修;也有企业尝试用国产硬质合金标准螺旋立铣刀加工导轨面,但精度做不到,还常需程序插补来处理,提高工作面精度,有些大中型机床公司直接用CNC龙门导轨磨床进行精磨,这样加工成本更高。因此,精铣高精度的导轨面就成了不少企业的瓶颈。

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  硬质合金导轨精铣刀是在标准螺旋立铣刀的基础上作了较大改进,虽外形相同,但切削的效果明显不一样,主要改进有如下几方面:

  (1)常规标准螺旋立铣刀,不论国内外产品,刀具均采用密齿结构,如f50mm常规标准铣刀z=6,精铣导轨铣刀z=8~10,这样同时加工的齿数增加,切削稳定。

  (2)刀具几何参数改变,螺旋角不相同,1刃为25°,相邻1刃为30°;减小端面付偏面(俗称刀隙角)并改进端面修刀刃。侧切削刃留白刃为0.07mm,表面粗糙度需达镜面要求。

  (3)切削头部切削刃长度缩短,取刀具直径的1/2,刀体淬火硬度58~60HRC。导轨螺旋立铣刀多年来一直在苏州三光科技有限公司、苏州万立精机、江苏苏铃精机、苏州大器机械公司及常州新瑞等公司使用,均取得了很好效果,详见苏州三光集团提供的切削对比表(见附表)。导轨螺旋立铣刀已申请专利,2014年已被国家知识产业局授权。

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  切削试验结论:8刃新硬质合金立铣刀与以前同规格硬质合金铣刀相比,不仅刀具耐用度提高了2倍,而且生产效率分别提高11%和38%。

  导轨螺旋立铣刀,由于切削刃锋利,切削稳定,耐用度又高,所以也适宜加工一些刚性差、精度高的加工工艺困难的零件。如江苏苏铃精工机械承接德国某着名公司一加工任务,其中三坐标测量仪器中的Y轴、Z轴及立柱都是薄壁框架铸件(见图3),德方驻沪办事处曾在江浙一带找过很多有实力机械厂加工,但均因薄壁易振,导致铣削精度达不到图样要求。江苏苏铃精工选用了导轨螺旋立铣刀,很轻松加工了该公司上述难加工件,检测精度合格,工件直接发往德国装配。

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  螺旋立铣刀还能铣削复合材料,如有些仪器仪表厂的印刷线路板,此线路板的底板是玻璃层压板,上面覆盖着很薄的有色金属线路,铣印刷线路板的斜插口时,若用一般铣刀,会因切削力大造成金属线路与底板撕裂,而且刀具钝化很快,用导轨螺旋立铣刀可以很顺利解决这个难题,工作质量稳定,刀具寿命长。

  3. 结语

  改进后的螺旋立铣刀在CNC加工中心上,在精铣、半精铣上都发挥了独特长处,既可改变刀具结构与参数,也能进行粗铣。

  国产硬质螺旋立铣刀是一种性价比较高的刀具,在CNC加工中心上具有很好的切削性能与使用价值。


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