由于鈦合金已成為機(jī)加工車間內(nèi)越來越常用的材料，相應(yīng)的加工工藝是否能進(jìn)一步發(fā)展，使該種材料的性能和加工結(jié)果達(dá)到全新的水平就成為至關(guān)重要的因素。在鈦合金加工中，銑削占據(jù)主導(dǎo)位置，部分原因是由于在飛機(jī)機(jī)身零件中加工出型腔、外形、槽和邊緣都是極具挑戰(zhàn)的工序。
大部分加工是二維的，由于型腔深度和半徑要求以及其它挑戰(zhàn)性因素，對(duì)加工的要求越來越嚴(yán)格。 至于所用的機(jī)床，對(duì)于鈦合金加工來說，它們已經(jīng)非常過時(shí)了 - 這就要求為實(shí)現(xiàn)出色的加工以及最充分的機(jī)床利用率來選擇最佳的工具系統(tǒng)和加工方法。
鈦合金的特點(diǎn)
在實(shí)際的鈦合金加工過程中會(huì)遇到諸多必須考慮的因素。基于這點(diǎn)，鈦合金的銑削工藝會(huì)和很久以來主要的加工方法不同。兩種全新的銑削刀具解決方案以及應(yīng)用的不斷發(fā)展，已經(jīng)為鈦合金銑削提供了新的可能性。
與許多其他材料相比，成功加工鈦合金的潛力要小得多，加工性能也不同。 由于鈦合金在可加工性方面變化比較大，這點(diǎn)影響了加工方法和刀具的選擇以及加工工藝，但是與其它任何合金的加工一樣，需要更加仔細(xì)的規(guī)劃 - 從為作業(yè)選擇機(jī)床到為切削細(xì)節(jié)進(jìn)行編程。 盡管航空制造業(yè)中的零件特性相當(dāng)相似，但是，尺寸和形狀各異，因此，機(jī)床、夾具、冷卻液、刀具、加工方法以及切削參數(shù)的選擇也不盡相同。 由于刀庫(kù)的空間有限，工藝的柔性(靈活性)是首要條件，就生產(chǎn)效率和能力而言，刀柄的類型、刀具的安裝調(diào)整都是關(guān)鍵因素。
正如粗加工和精加工工序必須按照不同的參數(shù)規(guī)劃，對(duì)于可轉(zhuǎn)位刀具和整體硬質(zhì)合金刀具來說，與不同的應(yīng)用領(lǐng)域聯(lián)系的鈦合金銑削也隨之出現(xiàn)。 需加工的尺寸和形狀以及合適的刀具型號(hào)是第一位的決定因素。 可轉(zhuǎn)位刀具去除材料的效率最高，現(xiàn)在已經(jīng)被看作是粗加工的首選，在大而平的表面的精加工中，它也是無可匹敵的。 整體硬質(zhì)合金刀具廣泛應(yīng)用于半精加工和精加工工序，以及當(dāng)對(duì)于可轉(zhuǎn)位刀片刀具來說半徑、型腔及槽的尺寸過小時(shí)，整體硬質(zhì)合金刀具也是理想的解決方案。
待加工零件的參數(shù)的編程數(shù)據(jù)是選擇專用銑削刀具的基礎(chǔ)。 由于最大化金屬去除率應(yīng)與經(jīng)濟(jì)的刀具壽命相平衡，基于這點(diǎn)，就可以確定其它刀具變量了。 對(duì)于鈦合金來說，刀具的基礎(chǔ)因素包括用硬質(zhì)合金材質(zhì)制造的、切削刃鋒利且堅(jiān)固，并具有相對(duì)大的正前角。這些要素可以滿足鈦合金的特殊耐熱和化學(xué)要求。 在槽形和刀具材料方面，可轉(zhuǎn)位刀片技術(shù)經(jīng)歷了一段很長(zhǎng)的發(fā)展過程，它正在成為性價(jià)比更高的解決方案，從而取代大量的現(xiàn)有硬質(zhì)合金刀具，甚至可用于中等和大尺寸刀具。
徑向銑削飛機(jī)機(jī)身
徑向銑削非常適合鈦合金加工。 但是，大的徑向切削深度會(huì)大大縮短刀具的壽命，而大的軸向切削深度對(duì)切削溫度的影響甚微，所以不會(huì)以相同的方式影響刀具壽命。 因此，使用密齒距的長(zhǎng)刃銑刀，同時(shí)運(yùn)用30%的徑向切深以及具體應(yīng)用所允許的最大軸向切深是高效去除鈦合金材料的最佳方法。
由此，長(zhǎng)刃銑刀適合眾多鈦合金零件的側(cè)壁粗銑和精銑。長(zhǎng)刃銑刀的長(zhǎng)螺旋刃非常適用于鈦合金加工中的大量徑向銑削。可轉(zhuǎn)位刀片長(zhǎng)刃刀具由多排刀片組成，這些刀片與連續(xù)磨削的整體硬質(zhì)合金刀具切削刃一樣。目前，從刀具的底部起沿外周上升排列可轉(zhuǎn)位刀片已達(dá)到鈦合金中實(shí)現(xiàn)良好加工性能和安全性的極限。可實(shí)現(xiàn)高效排屑的大尺寸排屑槽是必需的，并與高效的正前角、鋒利的刀片相結(jié)合，組合成了可實(shí)現(xiàn)出色加工性能的可轉(zhuǎn)位長(zhǎng)刃刀具。
對(duì)于鈦合金銑削來說，切削刀片的穩(wěn)定夾持是至關(guān)重要的，即使是在粗加工中，切削刀片的任何移動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致不均勻磨損，并使切削刃處于危險(xiǎn)之中。輕微的磨損跡象會(huì)在鈦合金切削過程中使切削刃變鈍，從而加快磨損并導(dǎo)致刀具破損。對(duì)于一排緊密固定的連續(xù)刀片來說，刀片的軸向支撐特別難，會(huì)導(dǎo)致對(duì)刀片螺釘?shù)倪^度依賴。因此，在使用長(zhǎng)刃銑刀時(shí)，獲得杰出性能的最佳方法是在刀片和刀體之間牢固的接口。刀片座必須有一個(gè)確定的支撐和鎖緊裝置，還要特別考慮到軸向力和旋轉(zhuǎn)力。
新刀具解決方案
在此背景下，CoroMill® 690長(zhǎng)刃銑刀(專用于鈦合金加工)的研發(fā)重點(diǎn)在于擁有創(chuàng)新性的刀片設(shè)計(jì)。刀片能夠精確定位并固定鎖緊可確保高金屬去除率以及寬敞的排屑槽。CoroMill 690銑刀所配備的刀片代表了刀片制造技術(shù)發(fā)展的新成果，專為鈦合金加工時(shí)所需的切削過程而優(yōu)化。這種直接壓制的鋒利刀片具有切削動(dòng)作輕、吃刀充足、功率要求低以及高進(jìn)給率的優(yōu)點(diǎn)。此外，專為鈦合金徑向銑削而優(yōu)化的槽形還有助于延長(zhǎng)刀具的壽命。這樣一來，就為高效去除大量材料的邊緣與型腔粗加工提供了一種堅(jiān)固而可靠的高性能刀具，加工飛機(jī)結(jié)構(gòu)件時(shí)通常就需要這種刀具。
CoroMill 690銑刀有兩種刀片尺寸，相同直徑的刀體能夠選擇不同的齒距，用以應(yīng)對(duì)各種加工工序，而密齒距刀體是通過提高進(jìn)給率為提高生產(chǎn)效率帶來了更多可能性。同時(shí)，這些刀片具有通用的徑向銑削能力，優(yōu)化的可能性更多。CoroMill 690長(zhǎng)刃銑刀的研發(fā)在一定程度上基于CoroMill 390的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，CoroMill 390作為成熟的立銑基準(zhǔn)刀具，擁有廣泛的應(yīng)用范圍，其中包括粗加工型腔時(shí)的插銑。 同時(shí)，該產(chǎn)品系列可為鈦合金銑削提供可轉(zhuǎn)位刀具全面的加工能力，此應(yīng)用的重點(diǎn)是高安全性下的金屬去除率。
冷卻液至關(guān)重要
鈦合金銑削取決于所應(yīng)用的冷卻液 – 質(zhì)量越高，加工效果越好。事實(shí)證明，高壓冷卻應(yīng)用(壓力范圍為標(biāo)準(zhǔn)70至100巴，具體取決于所使用的系統(tǒng))已顯示出其明顯的優(yōu)勢(shì)。 由于高壓冷卻在許多現(xiàn)代機(jī)床上已成為標(biāo)準(zhǔn)配置，因此它是優(yōu)化鈦合金銑削的潛在資源。
高壓冷卻會(huì)影響熱量分布、切屑形成、切削刃粘結(jié)趨勢(shì)、刀具磨損以及表面完整性，由此而對(duì)鈦合金加工結(jié)果產(chǎn)生非常明顯的影響。
由于鈦合金易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在加工期間容易使工件材料焊接到切削刃上，從而會(huì)影響刀具壽命，并導(dǎo)致切屑的二次切削和硬屑堵塞。在高壓下從噴嘴噴出的冷卻液對(duì)溫度控制起著關(guān)鍵的作用，并因此影響加工結(jié)果和可靠性。刀具噴嘴直接對(duì)準(zhǔn)刀片上與精加工表面相接觸的部分，從而在切屑與刀片前刀面之間形成的所謂的“液壓楔”。因?yàn)檫@些噴嘴孔屬于刀具的不可調(diào)整部分，因此在裝配時(shí)已進(jìn)行過優(yōu)化并消除了不穩(wěn)定因素，這樣一來就能夠獲得更具一致性且更安全的加工過程。
CoroMill 690專用于鈦合金銑削，這種刀具包含多個(gè)冷卻液通道和孔，能為每片刀片提供高壓冷卻加工。其每個(gè)切削刃都由許多刀片組成，而每個(gè)刀片都有相應(yīng)的冷卻液噴嘴為其提供高壓噴射。在無需使用銑刀的整個(gè)切削刃長(zhǎng)度的情況下，可以使用塞子代替噴嘴，這樣可以避免不必要的空噴射而浪費(fèi)冷卻液壓力。位于刀具端部的噴嘴有助于排屑，避免出現(xiàn)切屑的再切削效應(yīng)(特別是在型腔加工中)。此外，為確保泵能夠提供所需的流量，噴嘴尺寸還可具體選擇。
可轉(zhuǎn)位銑刀出于實(shí)際原因，其直徑下限為12 mm，而硬質(zhì)合金刀具基于性價(jià)比考慮，其直徑上限為25 mm。 中間和重疊范圍選擇取決于具體應(yīng)用。對(duì)于精加工，精磨的的整體硬質(zhì)合金立銑刀通常是最佳解決方案，而對(duì)于粗加工，最佳解決方案則是可轉(zhuǎn)位刀具。但是，適合這種中間范圍的刀具還在繼續(xù)發(fā)展，因?yàn)榈毒吣K化通過這種可換頭式銑刀提供了一個(gè)完全不同的視角。
小直徑銑刀應(yīng)用
深且窄的型腔需要較長(zhǎng)的刀具可達(dá)性。要使這些型腔不成為加工時(shí)的瓶頸問題，需要一種能夠提供良好性能的解決方案，并結(jié)合小刀具加工能力和加工靈活性。 為深入型腔內(nèi)部而使用加長(zhǎng)夾頭來夾緊整體硬質(zhì)合金立銑刀并不能實(shí)現(xiàn)最佳的穩(wěn)定性，因?yàn)檫@樣會(huì)限制切削參數(shù)，并為零件質(zhì)量帶來風(fēng)險(xiǎn)。但是，可換頭式刀具有整體硬質(zhì)合金刀具的可轉(zhuǎn)位性和精加工能力的雙重優(yōu)點(diǎn)。
從性能與加工結(jié)果、刀具成本角度以及靈活性要求來看，可換頭式刀具系統(tǒng)在10-25mm的刀具直徑范圍內(nèi)優(yōu)勢(shì)明顯。不僅可提供高度靈活性，還能夠降低刀具庫(kù)存。其精加工能力要優(yōu)于可轉(zhuǎn)位刀片刀具，并且與整體硬質(zhì)合金刀具相比，刀具的成本得到大幅降低，此外，不必?fù)?dān)心因重磨而使刀片尺寸變小。由于能夠選擇不同的刀頭與刀柄進(jìn)行組合，因此能提供高度的靈活性和更多的優(yōu)化可能性。
刀頭與刀柄之間的接口是此類刀具的關(guān)鍵因素。其性能取決于強(qiáng)度、穩(wěn)定性、精度、可重復(fù)性以及夾持便利性。正如CoroMill 690長(zhǎng)刃銑刀一樣，它在很大程度上得益于切削單元與刀體之間接口的不斷發(fā)展，這種接口也使推出新一代可換頭式銑刀成為了可能。足夠大的軸向支撐面、錐形徑向支撐面、專門開發(fā)的螺紋牙型以及螺釘支撐共同造就了刀頭與刀柄之間所需的獨(dú)特接口。這種接口是在大刀具懸伸工況下確保良好加工性能的基礎(chǔ)。
基于使用CoroMill Plura(金剛銑)的豐富經(jīng)驗(yàn)，CoroMill 316可換頭式立銑刀系列來源于最先進(jìn)的整體硬質(zhì)合金刀具，可提供所需的全面加工能力。整體硬質(zhì)合金刀柄具有不同的直徑、長(zhǎng)度和樣式，能夠?yàn)樵S多飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的半精加工和精加工提供最佳的剛性。
成功的鈦合金銑削
在粗加工銑削中，為了獲得最佳金屬去除率，軸向切削深度是考慮的主要因素;而在精加工銑削中，必須考慮選擇最佳的進(jìn)給率。 在鈦合金加工中，無論是粗加工還是精加工工序，盡管切削速度可以有不同水平，但是，它總是受到限制的。 了解了這些鈦合金加工時(shí)的基本原則，就可以為優(yōu)化工序做許多工作，從而使鈦合金加工更具競(jìng)爭(zhēng)力并實(shí)現(xiàn)可靠的加工過程。需要考慮的四項(xiàng)關(guān)鍵因素是機(jī)床能力、冷卻液供給、切削刀具和加工方法。
在切削速度較低的徑向銑削時(shí)，機(jī)床需要有足夠的功率和力矩，也要求有合適的主軸，以獲得滿意的金屬去除率。 如果機(jī)床也使用小直徑刀具，則主軸速度范圍需要足夠高，以獲得出色的加工結(jié)果。 一般來說，需要評(píng)估主軸接口，它的聯(lián)接穩(wěn)定性不能太弱。 為了獲得足夠的刀具彎曲剛性，良好的端面和錐度接觸是基本要求;為了消除螺旋或徑向銑削刀具產(chǎn)生的刀具上的拉力，足夠的夾緊壓力是至關(guān)重要的。
銑削刀具的新發(fā)展帶來的性能提升直接增強(qiáng)了鈦合金材料的性能。 在克服鈦合金材料的加工挑戰(zhàn)中，專用刀具起到了主要作用，在優(yōu)化部分，為工序選擇和應(yīng)用正確的刀具發(fā)揮了重要作用。
與普通加工相比，鈦合金銑削的方法和編程技術(shù)更甚一籌。 按照推薦的方法加工圓角和輪廓，可在機(jī)床的生產(chǎn)周期和盡量減少?gòu)U品方面取得與眾不同的結(jié)果。通常，為確保從一開始就以正確的刀具路徑加工，在加工前多花點(diǎn)時(shí)間來優(yōu)化編程，這比選擇現(xiàn)成的工藝將起到事半功倍的效果。
CoroMill 690 帶有冷卻液通道和噴嘴，可為每片刀片提供高壓冷卻。
CoroMill 316 是立銑中的成熟標(biāo)志性刀具，適用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
專用于鈦合金銑削的 CoroMill 690 長(zhǎng)刃銑刀帶有創(chuàng)新的刀片設(shè)計(jì)。
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【關(guān)于山特維克可樂滿】
山特維克可樂滿是全球領(lǐng)先的金屬切削刀具供應(yīng)商，同時(shí)也是刀具解決方案和金屬加工知識(shí)的提供者。我們?cè)?30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)有代表機(jī)構(gòu)。25個(gè)先進(jìn)的效率中心遍布全球，為客戶以及員工提供刀具使用以及解決方案的培訓(xùn)。