铝铣削零件高速精密加工技术深度解析

铝是现代生产中应用最广泛的合金之一，似乎是最佳材料。它轻、强、耐用、耐腐蚀。这也是新型铝铣削策略快速发展的原因。

现代成功CNC铝铣削方法之一是高速加工。与传统铣削主要区别在于高速铣削速度高得多，机加工师可用其提高切削进给。高速铣削区别于传统铣削。这是生产小批量零件和原型更高效、更创新的方式。不断演进的金属行业要求快速生产零件。每月，定制零件或快速原型需求越来越高。越来越多客户想更快完成订单。他们也希望这些组件比以往精度更高。

什么是高速加工？

德国发明家Carl Salmon博士于1920年代最初开发高速加工，当其发明者意识到对特定工件金属，切削刀具与工件界面产生的热量会在某个临界主轴转速达到峰值时，高速加工诞生了。

普通铣削用低进给速度、大切削参数，高速铣削用高进给速度、小切削参数。相比普通铣削，高速铣削具有以下特点：

(1) 高效率

高速铣削主轴转速通常15000r/min～40,000r/min，最高达100,000r/min。切削钢时切削速度约400m/min，比传统铣削高5-10倍。加工模具型腔时，与传统方法（传统铣削、EDM等）相比效率提升4-5倍。

(2) 高精度

高速铣削加工精度一般10μm，部分精度更高。

(3) 高表面质量

因高速铣削工件温升小（约3℃），表面无变质层和微裂纹，热变形也小。最佳表面粗糙度Ra<1μm，减少后续磨削抛光工作量。

(4) 可加工高硬度材料

可铣削50-54HRC钢，最高铣削硬度达60HRC。

高速加工用于铝铣削的优势

因HSM特性，HSM铝加工在许多意想不到方面极具优势。选择HSM策略替代传统铣削，您将获得以下收益。

提升效率

高速铣削切削速度可达传统铣削3倍。加工较软铝合金时甚至可翻倍。

据知，加工进给是定义整个铣削过程生产率的参数。即相比传统铣削，高速加工效率可高得多。铝的可加工性使主轴转速可提至18,000 rpm或更高。

如此高材料去除率使采用铝HSM策略的铝加工服务成为汽车和航空航天行业极有利产品。前者汽车原型需大量去除材料，最好用尽可能少铣削装夹。后者有许多长大型深腔零件（必须轻量化，多加工成相交筋板结构）和薄壁。此外，铝合金占飞机火箭80%。

切削温度低

研究表明切削温度随速度增加而变化。开始时随速度增加温度升高。但随后温度急剧下降。达到一点后无关紧要。增加切削速度最终仅略微降温。此变化非常适合高速铣削。

例如：以300-500 m/min铣削铝时温度可达600-800℃。但提速至1200 m/min时温度降至200℃以下，1800 m/min时仅150℃。此后再提速无意义。

从正确角度看，仅150-200℃。局部热处理不会改变该区域材料性能。金属颗粒不长大，冷却需求大幅降低。这是显而易见优势。

延长刀具寿命

因涉及高速，这似乎奇怪。通常认为刀具磨损必高。但对比传统铣削切削材料量，差异明显。高速铣削铝刀具寿命明显胜出。

您可能好奇什么延长刀具寿命？首先，切削温度显著降低，意味刀具材料强度更高。此外，高速铣削切屑宽度小。因尽管进给增加，但刀具转速更快，能切出更薄切屑。

此外，加工铝时主要问题之一是铝太软，加工时粘附在刀具切削刃上。这降低刀具锐度、增加切削力，从而缩短刀具寿命。

高速铣削铝精度

我们都认为高进给速度会降低铝表面光洁度，因刀具切削刃走得更远，刀具可转动切削。通常导致切屑变宽、切削力增大、表面光洁度变差。然而HSM中尽管进给大，但刀具转速更高，故切屑实际比传统铣削更薄。此外因切削力小，振动小。这些特性都有助于提高精度。

低冷却液用量

一些铝加工HSM策略完全不用冷却液。200℃加工几乎不需冷却材料和刀具。但一些极高精度操作仍用冷却液提升零件质量，用量远少于传统加工。一些铝高速铣削采用微量润滑。冷却液仅足形成薄膜，减摩并提供一定冷却，故所需冷却液通常很少。

恒定刀具接触角

用立铣刀铣削型腔时主要问题之一是加工型腔角。立铣刀须旋转90度创建型腔，此时切削材料量加倍（型腔两侧）。这导致局部切削力骤增，极不利于刀具寿命和零件精度。然而HSM铝铣削有许多预设刀具路径生成策略，含恒定刀具接触角。这意味着加工周围所有材料时，刀具沿圆弧路径逐渐接近该角度。这样切削力保持恒定、精度保持一致。此外刀具寿命可延长。

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