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创新涂层改进结构提高立铣刀加工质量和效率
2021年12月07日    阅读量:3804     新闻来源:《国际金属加工商情》    |  投稿

机械设备和模具的零部件除一些较简单的平面、内外圆周表面外还有许多难以加工的曲面、复杂成形表面、立面等等,这些表面的加工主要使用立铣刀。为高效加工相应的表面需要不断改进原有立铣刀的结构和材料,选择出更优质的立铣刀。


所谓高效加工就是要尽量加大切削用量,增加单位时间金属余量的切除率,缩短加工时间提高经济收益涂料在线coatingol.com。但这样的加工会导致切削力,切削热加大,刀具磨损加快,易变形,以及产生让刀及振颤,如果没有相应的准备和处理,反过来会使刀具寿命缩短,加工质量变差,经济性反而下降。另外为保证一些主要零部件和模具制品的质量和使用寿命,又需要这些被加工件达到一定高的硬度。因此材料坯件常采用予硬钢(HRC50左右),在制造工艺过程中,淬硬热处理使硬度提高到HRC60甚至更高,硬度的提高又限制了切削用量和效率的提高。为了高效解决这些问题,许多刀具公司都作了努力。

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本文主要介绍三菱公司在这方面的研发成果,相关的改进和具体措施。就刀具产品本身的竞争力而言,一方面需要有结构设计的优势,另一方面要有材料性能的优势,即切削部分的基体和涂层材质的优势。涂层很薄,一般不超过刀片厚度的0.2%。甚至只有几纳米,但这薄薄的一层作用巨大。目前,切削加工时,刀具有没有涂层,具有怎样的涂层,在切削效果上,有着巨大的差异,可承受的切削用量和耐磨性和使用寿命可相差数倍。具有好的基础涂层并由此衍生开发出能适应各种被加工材料、加工形态的系列涂层,将它涂到不同的刀片和整体刀具上应用在不同场合,能够提高立铣刀产品在整个工艺过程的效率和产品的质量,提高公司的竞争力和效益。三菱公司特别重视涂层开发甚至把涂层的研发提到与公司的命运联系在一起的高度,下面介绍他们最新开发用于立铣刀的两种先进涂层和相应结构。

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对中高硬钢材铣削固然可用坚硬的CBN制立铣刀,但是在良好硬质合金基体材料上涂敷先进优质的涂层能够更经济地实现高效的加工。三菱公司以MIRACLE专利技术开发出(Al, Ti)N涂层,为适应不同需要又开发了型号为MS的(Al, Cr)N新涂层。这种涂层的特点是抑制了与被加工材料切屑的粘结,同时降低切削阻力。最近三菱公司又开发了更先进的MS+(PLUS)涂层,独创地将(AlTi)N涂层和 (AlCr)N涂层结合在一起,发挥两种涂层优点从而达到更高的性能。图1是它和原两种涂层性能的比较。MS plus涂层加工硬度最高可达HRC52。

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涂敷MS+涂层的立铣刀有直角平头、直角带圆弧头、球头、长刃、短刃、长颈等。直角平头的如图2中的左2,3,它们都具有不同的螺旋槽角,有良好的抗振能力,适合碳钢,不锈钢等多种材料的一般零部件和模具的高效和多用途加工。其中左2刃长有3D和4D两种(D立铣刀直径)可直接加工此范围内长度的侧壁和立面。左3和左1刃长均为2.5D,直角平头和圆弧头都具有不等螺旋角,抗振效果好,可加工2.5D长的侧壁,也可分段加工更长的侧壁。各种用于侧壁的高效加工的立铣刀,它们的柄部较刃部直径小,可不干涉影响刃部的加工。图2左5是直角带圆弧头的立铣,圆弧头的半径精度达R±0.005。它用于型面的高精度高效率加工。其中Ф1以上立铣刀都具有抑制高频震颤的结构,为提高切削效率Ф0.4-Ф6的立铣刀具有4刃。

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图2左5长颈直角带圆弧头Ф2立铣刀,加工深长侧壁和底面的实例如图3。在所示切削条件下立面和底面加工的表面质量都很好。


图2 的右1,2,3,5为MS+涂层的球头立铣刀,球头立铣刀更多地运用在模具和零件复杂曲面和型面的加工。由于运动和受力复杂,它们采用超强韧的超微粒硬质合金基体,右1,2头部顶刃结构形状设计为大S形使刀刃耐破损性增强,非常适合于锻模的粗加工,半精加工。


图2中的长锥颈球头立铣刀结构特点如图4,基体材料采用耐磨抗破损综合性能更高的超微粒硬质合金。细长的结构适合锻模(HRC40-52)的深挖粗和半精加工,前端的采用大螺旋刃槽可减少切削力提高刀具寿命,它具有三刃可分断切屑并使易于排出,颈部呈锥形提高了整体刚性,可提高切削用量,生产效率高。
为满足精加工的要求,三菱公司还改善了刃形结构的高精度球头立铣刀,球头半径精度达R±0.005,加工的精度和表面质量高。


三菱VF型号立铣刀,以IMPACT MIRACLE技术开发的单相纳米(Al,Ti,Si)N涂层的立铣刀可加工更高硬度的零部件与模具,并已在多种刀具在硬材加工方面取得了不少成绩,为更进一步使立铣刀能更高效加工高硬度模具和机械零部件材料,三菱公司又在Si氮化物的MS plus和IMPACT MIRACLE(代号VF)这两种涂层的基础上开发了IMPACT MIRACLE革新涂层(代号VFR),它的结构组成和优点如图5所示。它性能更好能加工最高硬度可达HRC70。

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图6是用作一般加工的VFR涂层短柄和超短柄球头立铣刀(图6上)和用作精加工光整加工的立铣刀(图6下)。它们在高硬材料的加工中,实现了惊人的长寿命。


其中一例是:用此涂层的短柄球头半径3mm立铣刀在立式加工中心上,刀具悬伸22mm吹压缩空气加工HRC62的ASP23粉末高速工具钢,刀具可以转速n=5,400转/分。每分钟进给速度F=540mm,切削轴向深度ap=2mm,径向深度ae=0.2mm,加工40米多后,刀具才磨损,是其他同类刀具寿命长三倍多。同样切削条件加工HRC64的SKH51制模具钢也比其他同类刀具寿命长一倍多(图7)。

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能光整加工的VFR涂层2刃短型(代号S)球头(代号B)立铣刀型号(图6下),它能在五轴加工机床以多种角度加工复杂型面,加工表面非常光洁看不见刀痕,实测粗糙度在Rz=0.8μm以下。加工表面质量高,切削条件是立铣刀球头半径3㎜,刀具转速n=20,000转/分,每分钟进给量F=600mm,沿表面切深0.015,以MQL最小油量润滑,切后看不见刀痕残留量,效率较以前也大为提高(图8)。

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 同样的刀具在立式加工中心上加工STAVAX模具不锈钢的曲面型腔以n=32,000rpm,V=603m/min,F=1,289mm/min,ap=ae=0.02mm,刀具悬伸量15mm,吹空气冷却的切削条件,加工结果表面质量光洁,视觉也非常良好,放大50倍看不见刀痕。这类不锈钢约相当我国1Cr13,1Cr17,一般较难加工,光洁度差,能取得这样加工结果实属不易。


标签:辅料与设备工业涂料技术中心涂装涂装应用
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