提高金属去除率的铣削技术

专家分享让机械师使用新工具和新技术提高金属去除率 (MRR) 的策略。

有兴趣在铣削操作中最大限度地提高金属去除率 (MRR) 的车间可以从多种刀具和技术中进行选择，这些刀具和技术不会破坏银行，也不需要对刀具寿命或加工质量做出不可接受的牺牲。

最近推出的一项材料创新旨在提高高温合金铣削过程中的速度和进给率，高温合金是一组高强度材料，包括钛、铬镍铁合金和 PH 不锈钢。开发了硬质合金刀片材料的宾夕法尼亚州拉特罗布的肯纳金属公司表示，这种新的铣削材质 KCSM40 提高了用于加工高温合金的切削刀具刀片的耐热性。

Ti-6Al-4V铣床介绍

Kennametal 全球产品管​​理总监 Scott Etling 表示，使用 KCSM40 刀片的用户现在以 160 表面英尺/分钟的速度加工 Ti-6Al-4V，而过去他们可能只能达到 140 SFM，同时刀具寿命也更长。可转位铣削。

Etling 指出，根据刀具中刀片的数量，刀体具有不同的“密度”。例如，一个 4 英寸直径的刀具可能有 8、12 或 15 个齿，而这种尺寸的 15 齿刀具被认为是非常高的密度。

“如果您能够运行 15 齿刀具，那么您就可以提高生产率，因为您的切削齿数会更多，”他说。

然而，刀具中的齿数越多，所需的主轴马力就越大，因此某些铣床可能无法提供更高密度刀具所需的功率。即使他们这样做了，铣削夹具的刚性也可能不足以承受这些刀具产生的增加的力。

“我们告诉每个人确保他们了解自己的主轴，计算切削力，然后尽可能使用密度最高的刀具，”Etling 说。

配备低速主轴的刚性机床的所有者可以使用“螺旋”刀具，例如 Kennametal 的新型 Harvi Ultra 8X，该刀具旨在提供比高 MMR 的传统刀具更长的刀具寿命。螺旋刀具具有多排刀片。

例如，直径为 3 英寸的螺旋刀具可能有五排，每排配备 11 个刀片。 “使用 55 个径向啮合刀片，您可以以传统的进给率进行加工，但要去除更多的材料，”Etling 说。

使用正确的冷却剂流量、压力和粘度以最大限度地提高铣削操作中的 MRR 也很重要。 “机床制造商设计了非常棒的机床，用户应该以机床允许的最高速度和进给率运行切削刀具，”Etling 说。

使用冷却剂改善切屑形成和 MRR

当铣削工艺难以排屑时，生产速度和部件质量都会下降。新泽西州费尔劳恩山特维克可乐满的 CoroMill QD 刀具设计用于铣削宽达 6 毫米的凹槽，它使用几何形状和新型冷却液输送系统来解决切屑相关问题。

QD 的刀片几何形状产生的切屑比正在加工的凹槽更薄。这些切屑被通过刀体输送到每个切削刃的冷却液冲走。山特维克可乐满产品铣削专家 Joseph DeRoss 表示，除了提高 MRR，该系统还能显着提高刀具寿命和铣削部件的表面质量。

山特维克可乐满指出，用户数据显示，QD 切削金属的速度比竞争刀具快 20 倍。此外，该公司报告称，在一个案例中，QD 在刀片磨损之前加工了 75 个零件，而竞争对手的工具仅加工了 10 个零件。

虽然在这种情况下需要更薄的切屑，但太薄的切屑表明切削作用和产生的热量仅限于刀片刃口的相对较小部分，这可能导致凹坑、后刀面磨损和热裂纹。事实上，薄切屑是铣削生产率低和刀具寿命缩短的常见原因。

另一方面，太厚的切屑表明切削力非常高，可能导致刀片破损。关键是要确定能产生最大切屑厚度但又不会对刀片造成过应力的进给速度。

“如果你把薯片加厚，你会更快地把它们放在地板上；此外，您可以获得更长的刀具寿命，”DeRoss 说。他补充说，获得适当的切屑厚度可以将铣削生产率提高 20% 或更多。

当铣刀进入工件材料时，切屑应该总是很厚，而在出口处切屑应该很薄。然而，当刀具被编程为直接进入材料时，将在出口处产生厚切屑，直到刀具与材料完全啮合。这样做的不受欢迎的结果包括进入时的表面光洁度差和刀具寿命缩短，以及刺耳的噪音和过度的振动。

根据 DeRoss 的说法，有两种方法可以避免直接进入切削的后果.一种是将进给率降低 50%，直到刀具完全啮合。另一种是将“滚动”编程到刀具运动中。 DeRoss 解释说，这种技术使刀具顺时针弯曲，从而使刀片更容易进入切口。他说，在出口处产生的切屑厚度始终为零，从而在不降低进给率的情况下消除了直进问题。

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转向高进给技术

增加 MRR 的最流行的技术之一是高进给铣削，它结合了快速进给率的铣削和相对较浅的切削深度。密歇根州特洛伊市刀具供应商山高刀具的可转位铣削产品经理 Tim Aydt 表示，用于高进给铣削的刀片底部的小主偏角可降低平均切屑厚度，从而提高进给率。

“现在，你正在考虑以每分钟 200 到 300 英寸而不是每分钟 30 到 60 英寸的速度喂食，”Aydt 说。

不利的一面是，以如此高的速度进给使高进给铣削成为一种粗加工技术，因此用户可能必须进行二次加工才能获得所需的零件光洁度。

考虑采用优化粗加工

另一种流行的粗加工操作，通常称为优化粗加工，比高进给铣削更快地去除材料，以生产接近所需形状的零件几何形状。然后，后续操作可以产生最终的几何形状和表面光洁度。

优化的粗加工将深切深与轻径向啮合相结合。低径向切削力可减少机床主轴上的应力和磨损。此外，刀具寿命延长，因为切削过程中产生的热量更少。事实上，在合适的条件下，用于优化粗加工的切削刀具在加工钛时可以持续长达 8 小时，而使用传统切削方法时则需要 30 分钟，Aydt 说。

减少热量和径向切深也是加工速度显着提高的原因。例如，口袋的加工速度比传统方法快四倍。优化的粗加工也非常适合加工需要长轴向切深的直壁。

山高实体铣削产品经理 Jay Ball 表示，该技术可用于任何材料。 “我们发现高镍合金的优化粗加工非常有益，”他报告说。 “我们还看到客户在不锈钢、铸铁、模型工具钢甚至铝上使用该策略。”

Ball 说，向优化粗加工的转变可能是他在那些试图提高金属去除率的人中看到的主要趋势。 “这是自切片面包以来最大的事情。”

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