2510201032_高速铝合金加工用刀具 - 天津大学研究生e.DOC

天津大学 机械学院 先进制造技术课程论文 铝合金加工用高速铣刀 姓名 ：王萌 学号 ：2510201032 日期 ：2011年10月20日 铝合金加工用高速铣刀 王萌 （学号：2510201032） （天津菱云刀具设计有限公司「三菱综合材料」） 摘要：高速切削加工具有高速、高效、高精度的优点，广泛应用于航空、航天、汽车、模具等机械制造领域。高速切削刀具是实现高速切削加工的前提和保证。高速切削加工技术的发展与应用对高速刀具提出了不同于传统刀具的特殊要求。 本文以日本三菱综合材料株式会社的一款新型铝合金加工用铣刀A**4000,来对高速切削用刀具的结构进行阐述。 本人参与了这款刀具的部分开发过程。 关键词：高速切削，铝合金加工，高速铣刀 1．引言 高速切削加工技术作为当今的一个先进制造工艺方法，已成为现代数控加工技术的重要发展方向，是继数控技术后，制造业的又一次重大突破。其突出的优点是：切削力低、工件热变形小、加工质量高、金属切除率高、切削振动小以及加工成本低等。近十年来，高速切削加工技术因其突出的优点在国内外得到了迅速的发展和广泛应用，并进入难加工材料领域。 尽管目前高速切削加工设备能够满足一部分用户的需求，并在金属切削加工中起着重要的作用，但高速切削机理、高速刀具技术等方面还需要深入的研究、开发和完善。美国、德国、日本、瑞士、加拿大等国，都在不断改进高速切削的相关设备，如刀具材料、机床结构、进给部件、主轴部件、机床控制系统等。其中针对刀具材料和结构，三菱，山特维克，伊斯卡，肯纳等世界各大刀具都在进行深入的研究，并不断推出新产品。 根据本人曾经参与开发的三菱综合材料株式会社A**4000系列高速加工用铣刀，展开介绍。 2.刀片材料及形状 （1）.刀片材料 目前比较常见的刀片材料为硬质合金，涂层硬质合金，金属陶瓷，立方氮化硼（CBN）,金刚石烧结体（PCD）。其中适合高速切削材料为涂层硬质合金，CBN，PCD. 其中CBN材料因其较高的硬度和耐磨性，高热稳定性，良好的化学稳定性和导热性，非常适合淬火钢及铸铁，铁系烧结合金的精加工，在这里不进行详细的介绍。 由于PCD材料的最大特点是在有色金属及非金属材料的切削加工中具备优异的耐磨损性，非常适合铝合金加工，但由于其韧性相对较差，并且必须以超硬材质作为依托才可以使用，无法进行大量排屑的粗加工，只适合精加工使用。PCD材料在切削钛合金和钼等碳化物生成的金属时，刀具磨损量会增大，同时金刚石易于铁系金属反应，不适合铁系金属加工。图1是铝合金切削时后刀面磨损的比较。 图1.铝合金切削时后刀面磨损比较 在大量排屑的粗加工和半精加工中，目前广泛应用的是涂层硬质合金。三菱的A**4000就是采用了DLC涂层硬质合金。DLC(Diamond Like Carbon)（图2）是非晶质硬质炭素膜，具备由同种碳原子构成的石墨与金刚石的中间性质。DLC涂层一般与有色金属的摩擦系数小（表1），用于加工铝合金等非铁材料。 表1.DLC涂层的摩擦系数 图2.DLC涂层 （2）.刀片形状（图3） 采用双螺钉加紧方式，同时配合三菱所独有的刀片放飞散机构（AFI）。以此来保证在高速回转是由于离心力的作用导致的刀片脱离现象，实现了高速的安定加工。 采用三维曲面的后刀面造型，逃逸角达到最优化。在可以保证切削刃强度的前提下，采用了大前角设计，采取低抵抗的形状。结合双重螺钉和AFI机构，可以实现?50mm加工径刀具排屑量达到9000cc/min. 采用三维曲线切削刃造型（凸形），实现了高精度的壁面加工 大角度的副切削刃造型，可以应对大角度斜面加工。 图3.A**4000刀片形状 3.刀体材料及特征 刀体材料采用合金钢，通过结构设计实现了高刚性，高能率加工。 图4为?25型号的改良前后的应力分析图。 改良前 改良后 图4.刀体应力分析图 图5.高转速下的破坏试验结构 图5.允许的最高转速 4.装配刀片后的最高转速 如果刀具装卡到机床上以后，包括夹具在内的整体平衡精度可以达到G6.3以上，那么可以实现的最高转速为表2所示。如果整体平衡精度无法达到G6.3，可以实现的最高转速为表3所示。 表2 表3 5．与其他公司同类型产品的比较试验结果 （1）.高转速时的刀片变位量 测定位置是从切削刃前端开始5mm位置，回转速度为1分钟当量。A**4000由于采取了双重加紧方式，所以变位量最小。 高转速时，由于工具自身离心力的作用，必定会引起刀片的变位，从而导致加工精度的恶化，通过实验得到在同系列产品中AXD**4000的