Transcript 旋转刀具

山特维克可乐满
刀具应用技术（节选）
主讲：齐继生
山特维克可乐满总部位于瑞典山特维肯市
km
km2
inhabitants
什么是切削三要素
车削与镗削：
车削速度Vc, 刀片切深ap, 每转走刀量fn;
铣削：
铣削速度Vc, 铣刀轴向切深ap, 径向切深ae，
每齿走刀量fz;
钻削：
钻削速度Vc, 钻头每转进刀量fr
加工效率=apxfr (z) xVc
通过大切深实现高效率粗车
Q = ap × fn ×
vc
12mm
4刀
3刀
2刀
车削功率和扭矩计算
Vc= 3.14 xD xRPM
1000
举例：车削奥氏体不锈钢外圆，工件硬度HB200, 工
件直径75mm,切深3mm,走刀量0.2mm/r, 切削速度
230m/min, 材料单位切削力为2900N/mm2,加工长度
为100mm
V=Vc xap xfr(mm3/min) RPM=(230X1000)/(3.14X75)=976转每分钟
金属去除率V=230x2x0.2=92 立方厘米每分钟
L
Time= fr xN
Vc xap xfr xkc
P=
60037.2
每加工一个零件的时间=100/(0.2x976)=0.51分钟
车削功率P=(230x3x0.2x2900)/60037.2=6.7千瓦
车削力=2900 x0.2 x3=1740牛顿=177.5公斤
车削扭矩T=1740 x37.5=65牛顿米
F力=Kc xfr xap
T= F力 x(D/2) =P x9549/RPM
通过加快走刀量来提高效率
也有办法同时保持加工表面光洁度
Q = ap × fn ×
vc
通过加快走刀量来提高效率
使用Wiper刀片保持加工表面光洁度
Ra
1
Fn
普通刀片
Ra/2
Wiper 刀片
1998年，在中国销售10片；
1999年，在中国销售100片；
2
Fn
2000年，在中国销售2300片；
Ra
……
Wiper 刀片
2002年，在中国销售7500片。
3
Fn
通过提高切削速度来提高生产效率
Q = ap × fn ×
vc
P-990506
50/20%
20/20%
20/50%
焊接刀具和机夹刀具
焊接车刀的优点在于单刀价格便
宜，多次重磨，容易获得锋利刃
口，缺点在于速度低（70米以
下），寿命短，刃口安全性差。
机夹刀片车刀的优点在于操作简单，
换刀对刀容易，刀片涂层，切削速
度高寿命长，刀片生产效率高，刃
口安全，刀片磨损一致性强，适合
数控机床和生产线的自动化生产，
虽然单刀的价格贵， 但是在大批
量零件或者难加工材料零件的加工
中的零件的加工成本最低。
用于高效率粗车和半精车的涂层硬质合金
GC4005
在中等到快速走刀量下可以提高切削速度最少25%
氮化钛涂层
TiN
GC4005
陶瓷涂层 Al2O3
碳氮化钛涂层 TiCN
硬质合金机体
•刀片刃口处理为负倒楞，采用梯度
烧结技术，刃口区域富含钴粘结基
，从而提高刃口的抗破损能力.
• 中等厚度的 7 um MTCVD-TiCN，
较厚的大约10 um的alfa-Al2O3。
TiCN的抗磨料磨损的性能最好，既
抵抗后刀面磨损的性能最强。厚
Al2O3 是超精细化沉积层是最好的
热屏障，使刀片在高速干切削时刀
片基体不会发生塑性变形。
基体含有呈立方晶格的碳化钨从而
提高了刀片的热硬性抗能力加强
刀片材料和切削线速度
高速钢车刀：20-30米/分钟车削HB260普通钢材
硬质合金：70-90米/分钟车削HB260普通钢材
TiN涂层硬质合金：100-120米/分钟车削HB260
普通钢材
氧化铝涂层硬质合金：200-400米/分钟分钟车削
HB260普通钢材
金属陶瓷: 200-350米/分钟车削HB260奥氏体不
锈钢
陶瓷刀片：200-400米/分钟车削HB300灰口铸铁
CBN刀片：400-800米/分钟车削灰口铸铁和淬硬
钢及耐热合金
金刚石刀片：1000-3000米/分钟车削铝合金
常 见 工 件 材 料 的 单 位 切 削 力 Kc值
选择切削参数的方法
工件材料
非合金钢类
低合金钢
高合金钢
超硬钢
可煅铸铁
灰铸铁
球墨铸铁
SG铸 铁
铸钢类
不锈钢类
铁基耐热合金
镍基耐热合金
钴基耐热合金
钛合金
铝合金
高硅铝合金
CMC代 码 HB硬 度
CMC01.1
110
CMC01.3
150
CMC01.5
310
CMC02.1 125-225
CMC02.2 220-420
CMC03.11 150-300
CMC03.21 250-350
CMC04.1
>450
CMC07.1 110-145
CMC07.2 200-230
CMC08.1
180
CMC08.2
260
CMC09.1
160
CMC09.2
250
CMC06.1
150
CMC06.2 150-250
CMC06.3 160-200
CMC05.1 150-270
CMC05.2 150-275
CMC05.3 275-425
CMC05.4
CMC20.11
CMC20.12
CMC20.21
CMC20.22
CMC20.24
CMC20.31
CMC20.32
CMC20.33
CMC23.1
CMC23.21
CMC23.22
150-450
180-230
250-320
140-300
300-475
200-425
180-230
270-320
220-425
400MPa
950MPa
1050MPa
CMC30.11 30-80
CMC30.12 75-150
CMC30.21 40-100
CMC30.22 70-125
CMC30.3
80
CMC30.4
材质粗略分类
Kc0.4(N/mm2)
C<0.25%
2200
C<0.8%
2600
C<14%
3000
未硬化
2500
硬化
3300
退火态
3000
硬化的工具钢
4500
硬化和调质的
4500
短屑
1200
长屑
1300
低拉伸强度
1300
高拉伸强度， 合金
1500
铁素体态
1200
珠光体态
2100
非合金
2200
低合金
2500
高合金
3000
素 体 ， 马 氏 体 13-25%铬
2800
奥 氏 体 镍 >8%， 18-25%铬
2450
淬火和调质
2800
马 氏 体 >0.12%C
沉积硬化
3500
退火态或固溶处理
3700
时效处理或固溶处理并时效
3900
退火态或固溶处理
3500
时效处理或固溶处理并时效
4150
铸造或铸造并时效
4150
退火态或固溶处理
3500
时效处理或固溶处理并时效
4150
铸造或铸造并时效
4150
通 用 的 纯 钛 ， 99.5%Ti
1530
退 火 态 的 ， 近 似 b 和 钛 合 金 1675
时效态的 b
+ 合金
1690
b 合金
退火或时效态的
锻造或冷拔态
800
锻造和固溶处理
800
铸造态
900
铸造， 固溶处理并时效
400
非 合 金 ， AL>=99%
900
10-14% SI
1500
14-16% SI
a
a
a
m/min
m/min
Easy to use
Complete information on CoroKey label for
correct application of insert
Product-specific cutting data
1
Workpiece materials
2
Application type
3
Machining conditions
ap
Depth of cut
fn
Feed
vc
Cutting speed
(inches)
(inches/rev)
(surface feet/min)
Make use of the tools
Application range
“Start value”
Utilize the potential of
ap - to reduce number or
cuts
fn - for shorter cutting time
vc - for best tool life
Compensation of cutting
speed for tool life
Tool life
(Mins.)
Correction
factors
Speed range
The basis of a tool life
10 min. tool life
15 min. tool life
30 min. tool life
可乐满铣削原理
Coromant Milling Theory
• 铣刀的三种分类 Milling cutters
categorization
• 机夹刀片与整体合金立铣刀
Inserts or solid carbide endmills
• 顺铣和逆铣 Down and up milling
• 铣削三要素 Cutting data formulas
• 平均铣屑厚度 Average chip
thickness inspection
• 铣削功率和扭矩的计算 power
consuming and torque force
•铣削刀片的磨损 insert wear
pattern and trouble shooting
• 铣削振动 Vibration&Wobbling
铣刀的三种分类 Milling cutters categorization
面铣刀
三面刃铣刀
立铣刀
现代铣刀的铣削角度不同适应不同加工
Various milling effective angles on different conditions
•不同的机床
•不同的工件材料
铣刀片的发展和不同的应用
Milling inserts development and application
铣刀的齿距 Different pitches
工件材料不同
切削力不同
非等齿距用于消振
机夹刀片与整体合金立铣刀
Inserts or solid carbide endmills
顺铣和逆铣
Down and Up milling
顺铣的优点
逆铣的优点
铣削摩擦热少/刀片挤压变
形小/刀片寿命长
刀体受铣削力冲击小/有利
于减少工作台丝杠间隙窜
动。
如何判断顺铣和逆铣
Estimate whether Down and Up milling
平均铣屑厚度和最大切屑厚度
Average chip thickness inspection
平均铣屑厚度
Average chip thickness inspection
圆刀片铣刀和球头铣刀平均切屑厚度和走刀量之间的关系
Feed value related hm varies on round insert or ballnose cutters
圆刀片铣刀和球头铣刀平均切屑厚度和走刀量之间的关系
Feed value related hm varies on round insert or ballnose cutters
铣削功率和扭矩的计算--铣深和铣宽
Power and Torque calculation--ae and ap
铣削三要素
Cutting data formulas
有效切削直径的计算
Effective cutting diameter defining
铣刀的有效齿数计算
Secure the effection insert numbers
圆弧插补铣削时走刀量的折算
Circular interpolation feed value comparison
铣削功率和扭矩的计算
Power consuming and Torque force
Torque (Nm) = kW (nett) x 9549
RPM
铣削刀片的磨损--后刀面磨损
insert wear pattern and trouble shooting-- frank wear
改进方法
•降低切削速度
•逐步加大走刀量
•采用更耐磨的刀片材料或涂层
•充足的冷却液
•采用顺铣的方法
铣削刀片的磨损--刻痕磨损
insert wear pattern and trouble shooting-- Notch wear
改进方法
•采用更耐磨的刀片材料或涂层
•降低切削速度
• 变切深吃刀
• 采用小主偏角铣刀
CNMG
95Kr
SNMG
75Kr
SNMG
45Kr
RCMX-E
45Kr
铣削刀片的磨损--刃口崩碎或打刀
insert wear pattern and trouble shooting-- Broken edge
改进方法
• 刃口被挤碎则提高切削速度
• 排除振动的因素
• 工件材质不均降低切削速度并
且加大走刀量顺铣铣
• 刀体是否退火失效，刀垫是否
破碎，刀片螺钉需要更换
•采用韧性更好的刀片材料
•换刃口强壮的刀片
• 冷硬铸铁工件需负前角铣刀
• 圆刀片铣刀最耐冲击
铣削刀片的磨损--积屑瘤
insert wear pattern and trouble shooting-- BUE
改进方法
•提高切削速度
•逐步加大走刀量致最佳切屑厚
度
• 采用物理涂层的刀片材料
•充足的高压冷却液或空气防止
二次切屑
•采用顺铣的方法
• 正前角铣刀体和刀片
铣削刀片的磨损--热裂
insert wear pattern and trouble shooting-- Thermal Cracks
改进方法
•充足的持续的冷却液
•降低切削速度
•逐步加大走刀量
•采用更耐磨的刀片材料或涂层
•采用顺铣的方法
铣削刀片的磨损--陨坑磨损
insert wear pattern and trouble shooting-- Crater wear
改进方法
•降低切削速度
•减小走刀量
•采用更耐磨的刀片材料或涂层
• 避免积屑瘤
铣削振动的三种情况
声音
加工表面质量
类似起皱的丝绸
高频啸叫类似
哨音
中频振动类似 类似鱼鳞
汽车笛声
低频振动类似 类似鱼鳞但是之间的波纹很
娃鸣
大又平缓
产生条件
改善
小直径细长刀杆或者薄
壁工件
调整切削参数或者使用消振
刀杆
中等直径铣刀杆，中低
速转速， 刀杆长径比超
过5， 刀杆振动
调整切削参数或者使用消振
刀杆， 加强刀柄与机床主轴
的连接质量
大型结构工件产生自振
， 比如大的壳体，若是
刀杆同时振动， 可能是
刀头过重而且刀杆连接
部位配合不好
改善工件的夹持， 增加辅助
支撑.
调整切削参数或者使用消振
刀杆
铣削振动的原因
Arise of vibrations
产生刀杆弹变的切削力
切削力动态正玄波动
外激力与刀杆产生共振
振动持续
没有弹变 = 没有振动
可行性调整
-
降低切削力
 刀片和刀杆及切削参数
-
增加静态刚性
 刀杆直径 / 长度
-
增加动态刚性
 减轻刀头重量/ 配合使用阻尼消
振刀杆
如何降低铣削抗力
1。 刀杆悬伸过长推荐小主
偏角面铣刀，工件壁薄采用
90度面铣刀；
2。使用正前角铣刀盘和刀
片
工件薄弱
3。当铣削深度浅时使用小刀尖角刀
片
4。使用物理涂层刀片或非涂层刀片
5。降低切削速度提高每齿走刀量
长悬臂铣削
如何提高刀杆的静态刚性
Deflection = 64FL³/3ED
1。减少刀杆悬伸
2。增加刀杆直径
3。优化刀杆截面形状
4。使用重金属材料或硬质
合金材料刀杆
Compressive strength
Steel = 210 Gpa, Carbide = 900 Gpa
Reinforced bar = 2.5 times stiffer than a solid steel bar
铣镗加工减振的复杂性
63