對HSK刀柄材料的特殊要求
自HSK空心短錐柄技術(shù)出現(xiàn)以來缕陕,在世界各國得到廣泛應(yīng)用本鸣。據(jù)了解,歐洲和北美洲的一些用戶壮莹,在使用HSK刀柄時遇到了一些問題翅帜。出現(xiàn)這些問題的主要原因在于,他們對制造HSK刀柄的材料選擇不當(dāng)命满。
DIN標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了HSK刀柄的幾何形狀涝滴,而沒有規(guī)定所用的材料。所以胶台,幾乎所有的刀具供應(yīng)商所生產(chǎn)的HSK刀柄歼疮,都完全參照傳統(tǒng)的7:24錐柄來生產(chǎn)。HSK空心短錐柄的“空心”本身就說明具有潛在的問題:即軸向截面很小诈唬,顯然這是HSK空心短錐柄的薄弱環(huán)節(jié)韩脏。
傳統(tǒng)的刀柄一般是由合金鋼制造缩麸,然后或是表面淬火或是表面處理,得到了一個堅硬耐磨的表面和韌性的心部(HRC32~36)赡矢。這些熱處理過程(如滲碳和離子氮化杭朱,硬度可達HRC58~62,約1mm深)對7:24錐柄非常適合洁拓,價格也不貴窑笑。由于它具有足夠的橫截面,所以實際上不易變形挑蚕。按照工業(yè)上能夠接受的指導(dǎo)準(zhǔn)則综界,這種尺寸比較穩(wěn)定的基體把兩種性能完美地結(jié)為一體——有較軟而韌性的芯部,可防止硬表面因變形而爆裂脫落撵晨,又有很耐磨堅硬的表面陶啥。
但對HSK空心短錐柄就不同了,它被做成結(jié)構(gòu)截面很小箍颗,對于HSK63以下的小規(guī)格HSK空心短錐柄就沒有強韌的心部來支承堅硬的表面眉剿,在每次夾緊—松開循環(huán)中都要受到很大的沖擊,切削過程中又受到動態(tài)的彎扭交變載荷纲愁,在淬硬的脆性部位可能會出現(xiàn)微小的裂紋团何,在HSK刀柄的柄部的一些部位,對較大的拉應(yīng)力非常敏感诫汇。這些部位有30°夾緊面司型、扭矩傳遞時鍵槽與主軸接觸的表面以及徑向貫穿孔與鍵槽底部、空刀槽底部最近的部位爽篷。這些微小的裂紋隨時間而擴展難以發(fā)現(xiàn)悴晰,事實上不通過顯微鏡和特殊的檢測手段很難發(fā)現(xiàn)這些變化。一個刀柄看上去工作正常逐工,一旦過載铡溪,在出現(xiàn)裂紋的部位應(yīng)力集中,當(dāng)達到臨界值時就很可能發(fā)生斷裂泪喊。在使用過程中棕硫,這種脆性斷裂隨時可能發(fā)生。
有些制造廠商用淬透性材料袒啼。這時哈扮,截面上不同點的性質(zhì)大體相同,刀柄的延伸率蚓再、屈服強度和沖擊強度可能達到最佳組合滑肉。但是,相對于表面淬硬的刀柄,其硬度將是最低的(約低5~6HRC)靶庙。這種刀柄缺乏沖擊強度髓棋,不耐磨,因此不得不經(jīng)常更換轻樟。
所以要想達到最高的韌性、最高的耐磨性和耐腐蝕性的同時泣虚,又要成本低廉舟门,這是不可能的。我們不能改變產(chǎn)品的幾何形狀坠痒,它是標(biāo)準(zhǔn)的锅星。我們也受大量生產(chǎn)成本的制約,不可能采用昂貴的“空間材料和技術(shù)”选阔。為了能使這種具備許多優(yōu)點的新接口在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用家统,我們只有不斷地探索。
制造廠商和用戶必須對刀柄材料做出選擇坎扰。一種是對材料要求有高的強度曹均、韌性并帶有適度的耐磨性;另一種是要求有高的耐磨性兼有中等強度物虑。
分析結(jié)果表明纤悉,HSK主軸安裝孔應(yīng)力最大的橫截面,應(yīng)具有較大的截面面積鲤遥,而且盡量不用對應(yīng)力集中敏感的材料沐寺。但必須能適應(yīng)高速加工,即重量要輕盖奈,在離心力作用下徑向變形要小混坞。
在帶有自動換刀的數(shù)控加工中心上,典型的工具接口之間的摩擦都有“多個對1個”的比率钢坦。就是說究孕,刀柄在換刀循環(huán)中僅摩擦一次,而主軸孔則要與完成此工序的許多不同刀柄摩擦很多次爹凹。
例如蚊俺,假定有一臺CNC加工中心的刀庫有32個刀位,而且都在使用逛万。每個工序切削時間為5分鐘泳猬,機床每天工作10小時。在同一工件加工中每把刀具只使用一次宇植。這樣得封,對主軸來講,每天要摩擦120次,而對每把刀柄只有4次奈揩。據(jù)此可推出造蒋,這臺機床工作年限內(nèi)摩擦次數(shù)的比率。這個數(shù)字說明主軸摩擦次數(shù)比刀柄的摩擦次數(shù)要大得多效蝎,對任何形式的工具接口都是一樣篱辫。
傳統(tǒng)的7:24錐度主軸磨損的結(jié)果是成為“喇叭口”,這是一個難以察覺的很緩慢的過程腰燕。但是彪珍,磨損帶來的結(jié)果是刀具振動、跳動增加衔帚、刀具軸向定位尺寸發(fā)生變化屿拴。這時就要重磨主軸孔。要想減低磨損速度浴魏,就要用相對低的壓力笤茴。
當(dāng)HSK刀柄被夾緊時,主軸孔與刀柄之間有很大的壓力文宜。由于其錐度系1:10(半角為2°51′27″)——是個自鎖角度涕癣,卸刀柄時需要一個附加的卸出力,這對主軸孔也是一個摩擦過程前标。由于1:10的錐度很小属划,徑向每磨損0.0025mm,就會影響0.025mm的軸向間隙候生,這樣也會影響到夾緊機構(gòu)的夾緊狀態(tài)同眯,可能會引起故障。因此唯鸭,要使HSK主軸磨損盡量減至最小须蜗。另外一個重要原因是HSK主軸的價格。由于HSK主軸實際上是不能修的目溉,因為重磨錐度會使錐度直徑超差明肮,并影響到夾緊機構(gòu)的壓緊位置。又由于它精度要求高缭付,又要用很大長徑比的銑刀加工內(nèi)驅(qū)動鍵柿估,所以它的價格很貴,為延長主軸壽命陷猫,刀柄最好用同一種材料制造撰绕,建議最小屈服強度應(yīng)是14000kg/cm2,拉伸強度應(yīng)為15400kg/cm2在轮。而且應(yīng)降低刀柄的硬度(平均HRC50)牺幻,比主軸硬度低6~8度复罕,以保護昂貴的主軸。這樣魂拢,刀柄受力表面硬度下降塑业,也使它的制造周期縮短、成本降低镜踪。
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