鋁合金零件加工刀具的應用趨勢

刀具管理(Tool-Management)的概念Z早由美國在20世紀80年代提出,并于15年前首先應用于美國通用汽車公司的“土星項目”,但當時刀具管理涉及的刀具類型比較簡單(非精密刀具),內容也僅局限于物流管理。通過不斷完善和改進,如今刀具管理已發展為一個完整的管理模式,其應用范圍也逐步拓展,一些企業在新項目開始階段即應用刀具管理參與項目支持。20世紀90年代以來,刀具管理開始在德國等歐洲企業推行。目前已有越來越多的企業(尤其是汽車生產企業,如匈牙利的Opel工廠、德國大眾波蘭工廠、美國通用上海工廠等)采用了刀具管理模式。

    在機械加工中,機床刀具的直接成本一般約占加工總成本的4%(如刀具壽命提高30%,則加工總成本可降低1%)。而刀具的間接成本(包括刀具的選擇、檢測、倉儲、購買、修理、修磨、管理等產生的成本)約為刀具直接成本的4倍,因此減少刀具間接成本是降低刀具費用Z具潛力、Z有效的途徑。企業引入刀具管理系統對使用的刀具進行優化管理,可節省刀具的倉儲、采購、管理等費用,優化加工工藝,達到提高產品質量、降低生產成本的目的。

      刃帶的因素

　　眾所周知， 在銑削鑄鐵時，后刀面的磨損會形成一定程度的振動阻尼。后刀面的磨損區域與已加工面摩擦，吸收振動能量，從而導致振幅衰減。從邏輯上講，該效應也應該能夠用于抑制其他類型的銑削振動。該項技術所面臨的難點是如何合理地將專門設計的后刀面磨損帶用作主后刀面。為了獲得正確的阻尼效應，它在刀片上的位置、角度、寬度以及用在切削刃上的范圍都需要相當精確，并且與刀片上的其他設計因素也應具有正確的關系。

　　如果這種技術應用得當，起緩沖作用的后刀面刃帶可抑制刀具變形量的增加，從而控制切屑厚度與徑向切削力。山特維克可樂滿已獲專利的新型刀片設計的秘密在于，當刀片有偏離工件的趨勢時，其刃帶將在刀具開始向后彎曲的瞬間與工件上相應形成的已加工曲面接觸——從而防止在加工期間刀具振幅的增加。這意味著該刀片有持續的穩定效應，該效應也是切削作用的一部分。專門設計的主后角刃帶與工件之間偶爾短暫的接觸非常輕柔，不會對刀具切削性能、磨損發展或毛刺形成產生任何影響，其結果是：徑向切削力的變化相當小。

　　該技術成功的關鍵在于主后角刃帶相對于刀片幾何構型和刀具直徑的尺寸和位置。然后，通過具有切削過程仿真的有限元分析來評估切削合力、切屑形成以及刀片中應力水平的分布。

　　直徑的因素

　　對于數控套刀徑向切削力的影響來說，小到中等直徑刀具剛性不好，較易發生偏斜，而大直徑刀具則比較穩定，它們對防振的要求也不一樣。此外還發現，進給率不是影響徑向切削力的主要因素，在刀具的不同的進給之間（通常每齒進給量為0.25mm和0 . 3 5 m m），徑向切削力的大小只有些許的變化。對于典型的直徑25m m 鋁合金銑刀，其刀片上的刃帶呈1°、0.1mm寬，并且與曲線形切削刃完全匹配。

　　鋁合金是一種具有良好可加工性的材料，其材料單位切削力約為鋼的三分之一，熔點為625度。這種低熔點意味著無論切削速度有多高，切削區的溫度都不會超過625度。在出現過度磨損、對切削刃的強度沒有影響之前，硬質合金刀片可以承受很高的溫度。

　　更高的切削速度對功率的要求也會隨之提高。事實上，鋁合金高速加工時的一個常見問題是需要很大的機床功率，這往往會導致單位功耗下金屬去除率偏低。因此，通常要求機床在高轉速下仍能提供盡可能大的輸出功率——在高速加工鋁合金時，由于刀具的改進而使所需功率降低是非常有益的。

　　從刀具的觀點來看，主切削力對功率需求具有決定性影響。降低單位材料去除量所需的功率對鋁合金銑削應用有著很明顯的正面影響，具體表現在每道工序的生產效率更高，并且機床加工能力也更強。前角除了決定切削是否輕快之外，也會影響到主切削力。新型刀片設計通過增大前角，同時與刀片幾何構型的其余部分相互匹配，可盡可能地減少切削力，利用新型的CoroMill 790刀片設計大大降低了功率要求。