汽車與航空等制造業(yè)中新型的輕合金款萎、復(fù)合材料以及非金屬材料用得越來越多羹卷，對(duì)這些材料的高效加工主要要依靠PCD(聚晶金剛石)刀具，因此PCD刀具的重要作用也日趨明顯袭仲。輕合金池膜，特別是其中的鋁硅合金，材料來源多箭基、對(duì)環(huán)境無污染盘称、對(duì)人體無害、重量輕芭甚、導(dǎo)熱性好兔阿、熱膨脹小、體積穩(wěn)定少煮、比強(qiáng)度比剛度大蜕逾，綜合力學(xué)性能好以及耐磨耐蝕。鋁硅合金的共晶點(diǎn)為12.5%竿丙，故含硅低于12.5%為亞共晶鋁硅合金挑庶，大于12.5%為過共晶鋁硅合金。由于組織中分散存在硬的結(jié)晶硅软能，含硅量越多迎捺，材料總體硬度越高，更耐磨查排，但刀具磨損也增快凳枝，故又比一般鋁合金難以加工。鋁硅合金氣缸比鑄鐵氣缸重量輕雹嗦，燃油費(fèi)會(huì)相應(yīng)的下降范舀，散熱效果好，工作效率高了罪、壽命長(zhǎng)以及節(jié)油锭环。鑄鐵氣缸還存在工藝復(fù)雜聪全、生產(chǎn)線占地面積大和加工時(shí)對(duì)環(huán)境有污染等缺點(diǎn)。鋁硅合金雖尚有不足辅辩，但發(fā)展的優(yōu)勢(shì)明顯难礼。近來，一些高效墩倔、高精度加工鋁硅合金的PCD刀具不斷地出現(xiàn)涂颠，并不斷地得到改進(jìn)和發(fā)展。本文將介紹最新推出的一些鋁硅合金加工用先進(jìn)的面銑刀摇皿。在介紹之前俗齿，先對(duì)面銑刀的基本設(shè)計(jì)和選用作一些分析。面銑刀的設(shè)計(jì)和選用時(shí)泳嵌，一般應(yīng)根據(jù)最大的切深確定刀片的尺寸圆滓，根據(jù)工件的尺寸選擇面銑刀的直徑，根據(jù)工件的材料選擇刀片的材料膊抄，加工鋁硅合金存站、復(fù)合材料等制的零件應(yīng)選用PCD，這種材料是人們?cè)诟邷馗邏合聦⑷斯ず铣山饎偸勰┘咏Y(jié)合劑(鈷膛逞、鎳等)燒結(jié)制出滚曾，硬度高達(dá)8000?Hv左右，遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金蟹幔，導(dǎo)熱系數(shù)也遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金制依，摩擦系數(shù)為其1/4，熱膨脹系數(shù)為其1/5裸卫，故熱變形很小仿贬，加工精度高。它對(duì)有色金屬墓贿，非金屬的親和力非常小茧泪，加工中切屑不易粘結(jié)在刀片上，難以生成積屑瘤聋袋，造成刀片粘結(jié)損傷队伟，能較好保證加工表面質(zhì)量。通常為提高加工效率幽勒，面銑刀刀齒數(shù)z可選用得較多嗜侮，因?yàn)樵诰哂幸欢ǖ拿魁X進(jìn)給量fz時(shí)，每轉(zhuǎn)的進(jìn)給速度=z×fz的乘積也增大啥容，即進(jìn)給速度就越快锈颗，如再乘上每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n,那么每分鐘的進(jìn)給速度也在增加，每轉(zhuǎn)每分鐘的加工效率就高。當(dāng)然銑削力會(huì)增大击吱，為此需要所選用的機(jī)床有足夠的動(dòng)力和剛性淋淀。一般主偏角應(yīng)根據(jù)工件的剛性及是否會(huì)發(fā)生干涉等因素選擇，鋁合金工件剛性一般較差帖与，特別是氣缸等空心結(jié)構(gòu)的零件萍卑。因此，為使工件減少變形提高加工精度架看，主偏角可用90°爬韧，如果為提高進(jìn)給速度，齒數(shù)增多锦列，雖銑削力增大奏喜，因主偏角若是90°，切削力主要作用在徑向谒只，沒有大的背分力壓向工件墩衍。工件會(huì)發(fā)生的變形很小，就不會(huì)影響加工精度橡吗。加工表面的精度和表面質(zhì)量與銑刀刀齒的振擺精度也直接有關(guān)，刀片在刀體上突出高度應(yīng)盡可能一致沼币，不一致時(shí)的調(diào)節(jié)方式一般有螺釘式和楔塊式胶见。前者較簡(jiǎn)單，后者較復(fù)雜精確呛谜，應(yīng)距具體情況選擇在跳。鋁合金一般強(qiáng)度低，通常切削速度可高出鋼數(shù)倍隐岛，為使面銑刀能在高速下穩(wěn)定地加工猫妙。它的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單重量輕、均衡聚凹、使生成的離心力盡可能小割坠。另外，操作調(diào)節(jié)也應(yīng)力求簡(jiǎn)易方便妒牙。

圖1 FMAX型面銑刀及其微粒金剛石刀片

三菱公司最新推出的FMAX型面銑刀實(shí)現(xiàn)了大進(jìn)給彼哼、高速和高精度對(duì)鋁硅合金的加工。FMAX設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)2000～3000?m/min左右的高切削速度和F>20?m/min的大進(jìn)給速度湘今，為此敢朱，他們開發(fā)了良好的銑削加工專用的超微粒金剛石燒結(jié)體MD系列作為刀片材料，這種新產(chǎn)品燒結(jié)后摩瞎，金剛石微粒之間除結(jié)合劑使彼此結(jié)合外拴签，金剛石微粒間也能結(jié)合，這樣就可以確保刀尖和棱邊的形狀和尺寸穩(wěn)定可靠磕糙，因?yàn)槭俏⒘＝饎偸療Y(jié)體劫陌，韌性可比一般的金剛石燒結(jié)體大牍系，即使在斷續(xù)切削時(shí)，它的耐破損性能也好倍熄，壽命也長(zhǎng)户寺，還能抑制毛刺生成，加工表面質(zhì)量高且穩(wěn)定混检。MD系列燒結(jié)體的金剛石抢督，其顆粒粒度由最粗到最細(xì)依次共有MD205、MD220写并、MD230和MD2030四種喧雹。粗的硬度高、耐磨性好于嚼，細(xì)的韌性高越名、耐破損性好。氣缸體中空其上下处监，左右渺蒿，前后各面，均有孔彪薛、空穴茂装，是斷續(xù)表面，銑削時(shí)有沖擊善延，故精加工時(shí)可選用了粒度最小耐破損性最好的MD2030少态。這種材料銑削亞共晶鋁硅合金切削速度可達(dá)2000～3000?m/min，每刃齒的進(jìn)給量可達(dá)0.05～0.2?mm/刃齒易遣，對(duì)過共晶鋁硅合金切削速度為400～800?m/min彼妻，每刃齒進(jìn)給量可與亞共晶相同。FMAX面銑刀有標(biāo)準(zhǔn)型和多刃型兩種豆茫，標(biāo)準(zhǔn)型直徑有80?mm侨歉、100?mm、125?mm三種澜薄，相對(duì)刃齒數(shù)為10?mm为肮、12?mm、16?mm肤京。同樣直徑的多刃型刃齒數(shù)則增為14?mm果喊、18?mm、24?mm腿逞。

圖2 刀體保護(hù)裝置和內(nèi)冷卻液孔

由于FMAX可實(shí)現(xiàn)高速大進(jìn)給实朗，每分鐘的排屑量大大增加，大量的切屑不斷撞擊刀體，極易使刀體損傷垮撇，F(xiàn)MAX面銑刀在刀片前刀面前裝有刀體保護(hù)裝置法简，可較理想地實(shí)現(xiàn)切屑卷曲和排出，切實(shí)地保護(hù)了刀體状堰。另外還設(shè)有內(nèi)部冷卻液排出孔蓝鹿，既實(shí)現(xiàn)了冷卻潤(rùn)滑，又可配合刀體保護(hù)裝置促進(jìn)實(shí)現(xiàn)良好的排屑糯驯。超高轉(zhuǎn)速造成的離心力極易使刀片飛出贰往，故設(shè)計(jì)成燕尾槽式固定結(jié)構(gòu)，螺釘壓緊處也設(shè)計(jì)成防飛散的斜面槽耙福。為了減少總體的重量伊厉，刀體用鋁合金和特殊合金鋼制成，整體還保持了高剛性坦冠。為方便安裝FMAX面銑刀形耗，其中心孔結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)得可與市面上銷售的標(biāo)準(zhǔn)面銑刀刀柄相結(jié)合辙浑。安裝問題也簡(jiǎn)單牢固地得以解決激涤。

FMAX面銑刀所設(shè)計(jì)安裝后刀片的軸向前角為5°，徑向前角為0°例衍。由于鋁合金缸體剛性不高昔期，為盡量要減少加工時(shí)切削背分力造成的工件變形，主偏角設(shè)計(jì)為90°(即余偏角為0°)佛玄。這樣即使為提高生產(chǎn)率，增多刀齒數(shù)累澡，構(gòu)成多刃齒型面銑刀梦抢，切削力增大，背分力還是很小愧哟，不會(huì)使工件發(fā)生變形損傷奥吩，可保證同時(shí)實(shí)現(xiàn)高的加工精度。為經(jīng)濟(jì)使用蕊梧，可以在刀片磨損后划搓，進(jìn)行多次重磨，設(shè)計(jì)使最大徑向和軸向的重磨量為0.6?mm.從而延長(zhǎng)它總的使用壽命配亮。但需注意验脐，在實(shí)際使用中，同一把面銑刀應(yīng)安裝重磨量相同的刀片增荐。

圖3 燕尾槽和防飛散結(jié)構(gòu)

FMAX面銑刀為提高加工精度和加工表面質(zhì)量必須控制刀齒刀尖的振擺量织活。它的調(diào)整機(jī)構(gòu)精度高，且容易操作。具體結(jié)構(gòu)是將粗調(diào)螺釘與微調(diào)螺釘結(jié)合在一起稼那，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又提高了調(diào)整精度可確保多次重磨后褒饱，控制各刀齒振擺精度在5?μm以內(nèi)。

銑削時(shí)切削寬度可以等于銑刀直徑也可以小于銑刀直徑搞吱，F(xiàn)MAX作為精加工面銑刀援儡，設(shè)計(jì)規(guī)定其最大切削深度為3?mm,如果切削寬度較寬，由于排屑的空間縮小了硼县，影響散熱酿装，此時(shí)須同時(shí)控制切削深度。以釋放出空間涎才，應(yīng)使切削深度不過深鞋既，一般宜選擇在2?mm以內(nèi)。另外需注意耍铜，F(xiàn)MAX面銑刀最高轉(zhuǎn)速高邑闺。為了減少高速下的不平衡，刀體上安裝了平衡調(diào)整螺釘棕兼。但微小的不平衡還會(huì)引起的振動(dòng)陡舅，使加工表面粗糙度變差。通過轉(zhuǎn)速對(duì)加工表面粗糙度影響的試驗(yàn)曲線知伴挚。一般8000?r/min靶衍，加工出的表面粗糙度較好。如果應(yīng)用了推薦的切削用量茎芋，則使用FMAX面銑刀加工鋁硅合金氣缸體各平面颅眶，在保證良好的加工質(zhì)量條件下，一般切削效率可較過去提高2倍多田弥。

圖4 Mapal的新一代PCD面銑刀

德國(guó)Mapal公司推出的ECO-MILL和POWER-MILL的PCD面銑刀很知名涛酗。他也采用PCD刀片，并采用整體鋁合金刀體安仁，90°主偏角居鸳，燕尾槽防飛出機(jī)構(gòu)，保護(hù)刀體裝置吠童，分別采用楔塊和螺釘機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)振擺精度常彰，和上述面銑刀設(shè)計(jì)的理念非常近似，但又各具特色输奢。最近Mapal在上面兩種型號(hào)的基礎(chǔ)上又推出EcoMill-blue和RapidMill-Blue新一代PCD面銑刀盼涵。Mapal改進(jìn)創(chuàng)新出新的PCD銑刀刀夾能通過專門設(shè)計(jì)的排屑槽、冷卻潤(rùn)滑液噴出系統(tǒng)祸榨，也能使其結(jié)構(gòu)形狀尺寸盡可能最大限度地清除切屑彤擒，使之離開工件表面達(dá)到無殘留且险，這樣就還可以減少了之后的工件清洗成本。在加工長(zhǎng)切屑材料時(shí)锯叮，尤其是在干切削和油霧潤(rùn)滑切削時(shí)敛旗，明顯地減少加工痕跡提高加工表面質(zhì)量。原來的EcoMill刀片刀夾是可更換式坦报，在這基礎(chǔ)上又進(jìn)一步改進(jìn)库说，使之調(diào)換操作更穩(wěn)固方便。新的RapidMill-Blue在原Power-Mill基礎(chǔ)上改進(jìn)了結(jié)構(gòu)片择，能夠配置更多刀片潜的。使直徑為125?mm的面銑刀刀片數(shù)達(dá)到z=28，更進(jìn)一步地提高了產(chǎn)能字管。和原設(shè)計(jì)相比啰挪，刀片伸出很少，又最大程度減少振動(dòng)降低了噪聲嘲叔。它的PCD刀片也可以修磨多次亡呵，以提高效益。

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