模具制造业中的高速切削刀具系统

西坡居士

针对高速切削加工HSC要配置合适的刀具系统，如选用PKD或CBN切削材料就能实现对工件的全部加工。高速切削加工改变了整个切削工艺的思路。但是只有在包括刀具在内的整个系统相适配的情况下，才能极大地提高效率。
　　要实现有效的高速加工，必须配备相适应的具有一定几何形状刀刃的切削刀具。新的切削材料的开发继而产生了各种新的刀具。它们必须达到高转速、大进给量、良好的工件加工质量以及更长的寿命。
　　HSC刀具及刀具系统按其结构及刀片固定方式可分为三大类：整体结构，带有固定刀片座及可调刀片座，见图1。补充的分类方法可按照HSC刀具的应用领域进行。如平面铣削工序和在模具、模型及造型制造业中应用等。
  
切削材料的选择
　　HSC刀具需选用能适应高速切削的材料。为了获得较高的工件加工质量及最佳寿命时间，除硬质合金、金属陶瓷（Cermets）、涂层切削材料和切削陶瓷外，还采用了单晶体和多晶体的切削材料。这些切削材料除技术要求外，还应满足占有重要位置的经济和环保性能的要求。在HSC加工中，选用PKD（多晶体金刚石）和CBN（立方氮化硼）可显著提高加工效率。
　　在汽车和航空工业的批量生产中，越来越多地应用非金属零部件。此时选用多晶体金刚石切削材料，在大进给量、大切削量的条件下可获得很高的表面质量。在选用了合适的刀具系统及切削材料时，用一次切削就可完成粗加工和精加工工序。
　　在模具制造业中，基本上均为单件生产。铸件和钢材可达64HRC的硬度，可选用CBN切削材料。在模型和造型制造业中，用硬质合金切削材料进行加工时，应使其转速大于16000r/min，进给量Vf大于5m/min时，才能获得最佳切削效果。
  
HSC刀具的安全可靠性
　　除选择合适的刀具材料外，在刀具设计过程中，首先应考虑在离心力作用下刀具构件固定的可靠性，并注意符合“平衡”的结构。需要对刀具进行最高转速的试验。此外，在制造刀具时，其良好的工艺性也是很重要的（见图2）。有价值的和可靠的制造方法，对从刀具的预处理直至刀刃的制作都具有决定性的意义。特别是对带有PKD或CBN刀片的刀具更是如此。
　　为了使在应用HSC刀具时达到最高加工质量和最佳经济性能，不仅应考虑刀具本身，同时也应考虑刀具和夹紧系统的接口部分，即主轴和刀具连接面及工件安装的稳定性。对接口部分和接长杆而言，特别重要的是径向摆动精度、悬臂长度、振动性能和可换性。为了达到圆柱刀柄在精加工时对径向摆动精度的要求，首先选用液压夹头、收缩夹头和力压缩夹头的连接方式，这些夹头和HSC接口相配时，其径向摆动精度可以达到0.003mm。
  
全面加工的刀具系统
　　Kieninger公司生产的刀具品种，可应用于传统机床和HSC机床上。可生产出各种从粗铣、半精铣直至超精铣的可换刀片铣刀上，还有HSS—E、VHM和Cermet切削材料的刀具，以及带PKD和CBN刀片的刀具，以及各种不同刀柄的接长杆。可以全面加工所需轮廓面及模具的自由型面。在模具制造业中最常用的刀具是球形仿型铣刀、环形铣刀和端面铣刀。加工时间及工件表面质量由刀具确定。在加工中，球形铣刀与工件表面保持合适的角度（15°～25°），可以达到满意的加工效果。因为这样可以避开临界区及切削中心（此时切削速度降为零）。在应用PKD和CBN切削材料过程中，保持恒定的切削速度是有益的。