难加工材料刀片的正确选择

难加工材料刀片的正确选择

数控切削刀具

常规钻头加工

传统的 钻头 在加工不锈钢和耐热合金时,经常会遇到很大的问题。在加工过程中,会出现尖锐的啸叫声,刀具切削刃的磨损或崩刃迅速增加。典型的现象是副切削刃,也称为导刃崩刃。如果在钻合金时出现这种现象,最可能的结果是刀具寿命缩短甚至刀具报废。

硬质合金刀具修磨

重新研磨高质量的硬质合金刀具通常不经济,甚至不可能。硬质合金钻头导向刃崩刃是切削不锈钢和耐热合金时的典型现象。

造成这种现象的主要原因是钻具的振动,而振动的原因有多种多样。其中一个原因是由于被切削的材料导致刀具反弹。当发生振动时,刀具的头部以椭圆形轨迹移动,而刀具的刀片或尖端则以多边形(多为三角形)轨迹移动。这种运动对刀具的切削路径产生不利影响。钻具是否振动以及振动的程度主要取决于刀头的磨削形式、导刃类型、磨削精度以及磨削工作的精度。

硬质合金刀具的刃磨通常采用4面锥形刃磨工艺,与传统的刃磨工艺相比,这种独特的工艺要求将切削刃深磨到钻头的中心。刀头形状将确保较高的精度,刃磨尽可能按照切削技术的最新研究成果进行。如果在钻削开始时定心精度不高,刀具可能会摆动较大,这也可能导致加工过程中精度下降。

磨削误差如同心度低或刀具对称度低等都可能加剧上述现象。周边环节的误差可能进一步影响加工精度。因此,首先需要合并夹紧系统和机床主轴的偏差和公差,如同心度偏差和倾斜度。最后,钻头和机床之间产生的扭转和轴向振动以及低频弯曲振动(摆动运动)会导致孔径出现角度或不圆。

钻头

铣刀增加振荡运动

不锈钢和耐热合金对钻孔工具的要求很高。由于工具材料硬度高,因此需要很大的切削力。钢材的加工性受到冷硬化倾向高、热导率低和韧性低的不利影响。材料的延展性意味着由于材料回弹,钻孔直径通常小于公称直径。

直径和圆度偏差会增加导向刃上的压力,导致钻头与孔壁之间的接触增加,甚至可能导致钻头断裂。导向刃上增加的压力主要与摩擦和局部温度升高有关,也会导致材料刃口损坏。可以发现由挤压或振动引起的刀尖上的负载,这可以提前指示哪些区域会在标准使用寿命之前断裂。

切割参数

切削参数对钻孔质量也有影响,不仅包括切削速度,进给率也是决定性因素。目前,调质钢的最大切削速度约为200m/min,进给率一般可远高于0.1mm/turn。例如,直径为8.5mm的钻头可承受0.25mm/turn甚至更高的进给率。较高的进给率使钻头稳定,并略微消除摆动趋势,因此可适当提高钻孔加工的质量。

但不锈钢及镍基合金受材料性质本身的限制,不能采用这么高的切削速度和进给量,否则钻头会过载,甚至损坏。一般情况下的进给量需要保持在较低的水平,远低于0.1毫米/转的进给量。由于钻头的侧向切削刃在切入时不仅会切入工件,还会挤压工件,因此采用这样的参数有利于避免摆动运动,钻头会挤压工件表面。如果工件与钻头的导刃发生干涉,那么对称性较好的钻头基本能保持稳定的切削过程,摆动运动也会遵循螺旋线进行。

排屑过程中产生的切屑需要快速从排屑槽中排出,另外还需要控制切屑产生速率,使其更顺畅地排出,避免损坏孔径内壁。调整后的排屑槽轮廓和优化的排屑形状可以使切屑尽可能地卷曲,根据不同的材料,切屑需要尽可能地卷曲在一起。另外还要尽可能避免不受控制的短切屑进入排屑槽,这会对孔径内壁造成损坏。使用Y型钻头可以在保证相同使用寿命的同时获得更好的表面质量,同时保证切屑快速、顺畅地排入排屑槽。

钻头

锥形刀头

锥形刀头形状更利于定心。Y型钻头给人的第一印象是不同排屑槽之间的角度不一致。三个导刃排列成Y字形,尽管钻头只有两个切削刃。Y型钻头采用锥形头结构,经过精密研磨,确保精确定心。TiAlN涂层带来高耐磨性和生产效率,应用范围非常广泛。世界各地的钻头都可以在很短的时间内重新研磨和重新涂层。

排屑槽不均匀排列

借助非均匀排列的容屑槽,可以实现定向切削力。在力的方向上,切削刃上有一个导向刃,钻头刀片末端还有一个导向刃。Y形结构支撑着这个额外的导向刃。布置在两个刃对面的刃上的载荷相应减小。在切削过程中,三个导向刃起着不同的作用:导向刃负责切削,导向刃负责切削和支撑,导向刃或滑动刃负责支撑。

这种结构布置,基本可以消除刀具摆动,尤其在钻孔时,可以保证圆度公差和圆柱度公差。如果进一步优化切削刃,可以最大程度地减少磨损。钻孔过程对质量的要求很高,对钻头,特别是切削刃和导向刃施加的“压力”减少了。

上述技术可以适当延长刀具的切削距离,孔径与钻深之间存在一定的规律性,如成品孔径略大于钻头的公称直径,这意味着:钻头不再卡在孔内,在良好的条件下,孔质量可达到IT8,用同一钻头钻出的首孔和末孔直径保持连续稳定,铰刀、攻丝等后续工序的刀具寿命也可提高。

Y 型钻头已成功应用于许多应用领域。例如,即使在加工尚未生锈的不锈钢(如 1.3916、1.4350 或 1.4542)时也能获得良好的效果。在使用寿命期间,效率提升通常可达 100% 以上。即使在加工硬度为 55HRC 的热稳定甚至淬硬钢时,Y 型钻头仍能获得令人满意的效果。

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