如何将最新的立铣刀技术集成到高速高效的铣削工艺中以优化金属去除率
山高刀具开发了用于机加工的特定几何形状、涂层、硬质合金基体和边缘准备难加工材料应用。先进的切削工具可以在加工最难加工的材料时最大限度地提高金属去除率 (MRR)。在最新的 CAM 程序的支持下，这些加工策略被称为高速、高效、优化的粗加工，也被称为 Mastercam 的动态铣削等专有品牌。多刃、硬质合金刀具等刀具受益于机器前瞻、高速主轴、涂层和几何形状方面的最新先进技术。
以下是领先的刀具制造商如何lping 客户将这些工具用于加工钛、镍基合金、高温合金、铬镍铁合金和不锈钢。
最大限度地提高 MRR
去除金属很重要，而且要足够快赚钱更重要。全国产品经理 Bryan Stusak 表示，为了利用最新的加工策略来铣削难加工材料，位于德克萨斯州阿灵顿的 Iscar Metals Inc. 继续增加其多刃整体硬质合金立铣刀系列–铣削。伊斯卡专门为铣削策略设计了整体硬质合金立铣刀，包括高速铣削、高效铣削、优化粗加工和专有的 CAM 策略，如 Mastercam 的动态铣削。
“所有这四种策略本质上都是一样，”斯图萨克说。 “我们开发了多刃刀具，特别是采用切屑分离技术的七刃刀具，可根据 f 的长度实现非常小的切削宽度立铣刀上的琵琶。这些策略积极管理 CAM 系统中的所有四个属性——包括径向切削宽度、接触弧度、切屑厚度和进给速率——以优化性能，”他说。
Chip- Stusak 解释说，分裂技术减少了长切削时遇到的径向工具压力，并有助于分解切屑，为操作员或切屑盘或传送带产生更易于处理的切屑。 “加工难加工材料的关键是径向啮合，”他说。 “你想尽量减少切割宽度或接触弧以抵御热量。”由于立铣刀的切削时间有限，通过最小化切削宽度，不会有太多的热量传递到刀具中。
还有其他优势。 Stusak 说：“通过最小化切削宽度，您可以提高大多数合金的表面进尺，镍基合金除外。” “你不能将切削速度提高那么多，因为不可能消除切削中的热量，但对于 Ti6Al4V，我们有案例研究，我们已经使用这些刀具以 4% 的径向接触加工了高达 400 sfm 的工件。”
了解这些材料的成分是了解切削速度限制的关键。 “工件硬度和材料成分对可加工性有很大影响，”他解释道。 “镍基、钴基和铁基高温合金中含有某些合金元素，这些合金元素不会提高 sfm，因为无论您对切割宽度或切割宽度做什么，都无法消除切割中的热量。切割速度。 [切削速度必须]保持在 80 到 110 sfm 之间，具体取决于材料的硬度。”
伊斯卡五刃ECY-S5立铣刀特点用于不锈钢和镍基高温合金的方肩或全槽高速铣削或摆线或剥离铣削的通用基体和 AlTiSN 涂层。它与 PH 不锈钢、一些双相不锈钢不同，和钛合金，可以提高速度以提高工具的生产率。 “由于镍含量高，镍和铬含量高的双相不锈钢更像因科镍合金材料。因此，了解其中的合金元素对于加工高温合金至关重要，”他说。
Stusak 通过解释金属切削的基本原理是形成切屑来强调这些加工策略的好处正确地与边缘几何形状相关，以便您剪切材料，而不是犁它。粗加工和精加工都受益于优化的加工策略，尤其是粗加工，加工时间可以大大减少。
&ldquo；对于硬度高达 65 HRC 的硬化材料，通常使用 45o 螺旋立铣刀进行精加工，因为更高的螺旋角可以更有效地剪切材料，”他说。 “具有 60o 螺旋角的立铣刀用于有色金属材料，例如铝，甚至是精加工应用中的高镍合金。一般来说，螺旋角为 35 至 38o 的变螺距立铣刀是我们在行业中最常见的，因为它具有良好的刃口强度和芯径平衡，并且在切削位置更锋利一些与 30o 螺旋立铣刀相比更有效地切穿材料。”
Iscar 用于高速铣削的立铣刀系列包括：
ECP-H7-CF 多铣刀槽（七槽）立铣刀具有硬基体，IC902 超细硬质合金等级，含 9% 的钴，并经过 TiAlN PVD 涂层。适用于加工各种材料，包括硬钢和铸铁，切削速度高，符合转到 Iscar。
ECY-S5 立铣刀具有五个凹槽，具有通用基体和 AlTiCrSiN 涂层 (IC608)，适用于方肩或全槽高速铣削或摆线或剥皮铣削。它的主要应用是不锈钢，但也可用于加工镍基高温合金。
ECI-H4S-CFE 立铣刀是一种短的四刃设计，具有不同的螺旋角（35o和 37o) 和用于抑制颤振的可变螺距。它可用于高 MRR 粗加工和精加工，最大 1×D 的全槽铣削。它还提供用于高温加工的新型 AlTiCrSiN IC608 涂层。
YG-1 具有适用于钛、铬镍铁合金或铝等材料的专用工具，以及适用于小型商店和应用的通用工具。此处显示的是铝槽加工。ECKI-H4R-CF 四刃立铣刀 f具有适用于航空航天应用的圆角半径和两种涂层 IC300 TiCN 或 IC900 AlTiN。它提供可变螺距和可变螺旋以及用于加工钛的特殊刃口准备。
易加工金属的策略
耐高温的镍基合金正在加工据硬质合金产品经理 Jay Ball 介绍，位于密歇根州特洛伊的 Seco Tools LLC 被其客户更广泛地使用，专注于使用高速、高效优化的粗加工策略最大限度地提高金属去除率。
“使用传统加工工艺加工这些材料往往会使它们变硬，”他解释道。 “使用高效铣削和优化的粗加工，产生的热量要少得多，因为您采用更轻的径向步距和切削深度 (DOC)，但不会给工件带来大量热量，”他说。 “用于粗加工和精加工的典型整体硬质合金立铣刀通常有四个和五刃，高效铣削现在接管了这个行业，我们增加了六刃、七刃和九刃刀具。”
多刃立铣刀的优点是操作员可以采用更高的进给由于 DOC 的减少和高温、耐热材料的步距。 “这些金属不喜欢以大 DOC 和大径向步距和慢进给速度的传统方式进行加工，”Ball 说。 “多刃刀具无需加工硬化即可提高 MRR，因为您可以运行更快的进给速度和更轻的径向步距，齿数更多。”
他指出，虽然粗加工材料很困难，并且可能导致多种问题，具有 6-10% 最大径向步距的优化粗加工对耐热高温合金 (HRSA) 和钛非常有效。 “而且你可以使用这些相同的工具来完成很多这些零件，所以你使用的是更传统的侧铣刀精加工，”他说。
山高刀具已经为这些难加工材料开发了特定的几何形状、涂层、硬质合金基体和边缘预处理。该公司在涂层方面的最新发展是其获得专利的 HXT 硅基涂层，具有更高的耐热性和耐磨性。 “我们发现，这些相同的工具可用于切割更容易加工的金属，如工具钢、不锈钢和铸铁。因此，我们现在能够使用这些高效铣削策略来延长刀具寿命并提高更广泛的易加工材料的生产率，”Ball 说。
他补充说：“我们已经开始在多刃切削刀具中使用可变分度和 [螺旋线] 发挥更多作用，因为由于刀具与工件的接触增加，它们可能会产生更大的切削压力。然而，有必要改变 [helixes]、rakes 和 indexes 来改变几何形状，从而打破颤动和谐波并且仍然保留了刀具高效切削的能力。”
据制造商称，Horn 的 DS 立铣刀系列，包括 DSFT 摆线立铣刀，非常适合提高加工速度的要求和具有挑战性的材料。这些经过优化的高- 高速高效的加工策略是未来的趋势。他们今天在这里。根据 Ball 的说法，80-90% 的 CAM 软件供应商拥有某种优化的粗加工铣削策略，80-90% 的主要刀具制造商拥有用于这些策略的某种多刃产品。
金属去除成本是关键
YG-1 Tool Co. 全球产品和应用经理 Yair Bruhis 表示，高速和高效加工策略的目标是提高 MRR，伊利诺伊州弗农山。高效率机加工通过限制空切时间来增加切削量。 “由于这两种加工策略非常有效，人们希望将一切都转向它们，”Bruhis 说。 “但这完全取决于零件和加工参数。有时，我会在查看零件时说，由于零件的形状和复杂性、机器的能力、零件的特性和编程等因素，无法使用高效策略对其进行加工。
“我与航空航天领域的很多人交谈过，趋势在过去 10 或 15 年发生了变化，”Bruhis 继续说道。 “这不再是工具的成本。客户想知道金属去除的实际成本。在很多情况下，我会见工程师或程序员，他们明确表示他们不关心工具的价格。循环时间和刀具寿命是最重要的考虑因素。”
他还指出，t 的趋势过去四五年钛合金和稀有零件的加工正朝着中大型零件的高速加工方向发展，因为去除钛或铬镍铁合金的成本远高于铝或钢。
“在例如，评估大型航空航天零件的加工，虽然我不是程序员，但在大多数情况下我可以查看程序并判断应该更改的内容，”Bruhis 说。 “过去几年在世界各地旅行和工作期间，如果我无法审查程序，我会让我的客户发送模拟视频并召开在线会议来讨论可能的程序修改。通过 Skype 交互，我不断地进行模拟和修改程序。”
YG-1 已经开发出专门用于钛合金高速加工的标准工具，但大约 30% 的用于此应用的工具仍然是定制的, 具有特殊的长度和圆角半径。 “高速机的发展趋势之一宁是需要增加的长笛数量来进行轻度切割和快速运行，“他说。 “过去五年的趋势是五、六、七和九长笛，”他说。优势是更长的刀具寿命和更好的热量和切屑控制以及加工性能。
“当主要 OEM 联系我时，通常是为了提高刀具寿命和/或工艺，”Bruhis 继续说道。 “这可能是一个新项目，他们面临着一个严重的问题。这可能是零件质量、周期时间或按时交付零件或总成本的问题，但这几乎从来不是因为工具的成本，因为 YG-1 提供了一个非常有吸引力的性价比包。”
Bruhis 描述了他如何评估和确定钛加工项目的方法。 “我通常首先询问机器的能力，无论是三轴、四轴还是五轴，垂直还是水平，夹具和工具，”他说。他补充说在大多数情况下，根据轴向或径向切削、速度和进给以及高速和高效加工的编程来选择特定的立铣刀。
刀具路径各不相同，可以包括仿形、开槽和装袋。工件的复杂性和尺寸也可能不同。 YG-1 拥有适用于钛、铬镍铁合金或铝等特定材料的工具，以及适用于小型车间和多种应用的通用工具。
“我们确定流程和程序，并在一定速度范围内运行它并估计周期时间，”Bruhis 说。 “一旦客户有机会运行我们设置的程序，我们就可以获得实际加工时间结果的反馈，如果周期时间太长且成本与预期结果不符，我们会做出所需的
最高 MRR 的策略
与为本文做出贡献的其他公司一样，位于田纳西州富兰克林的 Horn USA Inc. 强调了多刃刀具设计与客户协作的关系，以获得刀具成功。 “我会把我们描述为一家以工程为导向的公司，以巧妙的方式为客户提供刀具解决方案，”培训和技术专家 Edwin Tonne 说。 Horn 以其切槽和切断车刀而闻名，提供广泛的产品系列，包括整体硬质合金立铣刀、钻头和可转位铣刀，以及车削产品。其超过 40% 的切削刀具是特殊刀具。 Horn 开发了多刃立铣刀，用于加工钛、铬镍铁合金、不锈钢和其他耐高温金属，采用高速高效的加工策略以实现最高 MRR。
以下是对应用和销售工程师 Eric Carbone Tonne 进行采访的共识报告；产品管理主管 John Kollenbroich；以及应用和销售工程师 Jeff Shope。
并非每个零件都是好糖果适合高速加工。策略的选择取决于零件的几何形状和尺寸。所看到的一些测试要求以较浅的切削深度、高速和较低的径向啮合和进给率加工铬镍铁合金、钛和不锈钢。
如果零件的“深度”非常浅”，机械师不会获得立铣刀和高速的经济性，并且会经历很多过度振动。原因是，如果车间采用较浅的轴向切削深度，它会降低 MRR，而且操作效率可能不如其他具有较大径向步距和较浅轴向步距的方法。
这些加工策略需要的不仅仅是正确的硬质合金牌号、刀片和几何形状——处理材料的方式也很关键。高效加工的目标是减小切削宽度并增加切削长度以减小切削力，从而实现更快的加工。有时它更快y，有时使用传统的高进给刀具会更快。很多时候动态加工会浪费很多运动。应用它取决于所涉及的功能的应用和复杂性，例如型腔加工。
拥有正确的 CAM 软件以避免浪费快速移动，这会增加循环时间，这一点很重要。有时采用更传统的切削路径会更好。一个例子是，当切削宽度较短时，例如，使用 0.5" (12.7-mm) 立铣刀，目的是切削一段 0.5" 长的零件，并且该过程需要去除 0.3" (7.62 mm)材料。在此示例中，Horn 建议在一次或两次通过而不是 30 次通过中取下所有材料。为了提高效率，工具必须留在零件上并限制浪费时间的缩回。
此外组件、编程策略和软件也起着重要作用。如果车间正在进行高效或高速铣削，它必须具有驱动工具所需的马力和扭矩。如果它运行错误的软件，将会有很多昂贵的、浪费的操作。
Horn 的硬质合金刀具有七或九个排屑槽，具有大的 DOC 和 10-15% 的步距——根据经验开始——帮助这些策略，但机床必须具有所需的加速和减速。一台速度为 600 ipm 的旧机器是不够的。同样，也需要较新机器的前瞻性。
Horn 的 DSFT 立铣刀是高 DOC、低径向啮合刀具 DS 系列的一部分，专为摆线加工而设计。为了有效，DS 工具需要一个坚固的机器主轴，具有紧密的跳动和一个功能强大的编程控制器。 CAD 程序可用于创建加工时间估算的模拟，以确定传统端铣还是高速加工是最好的。此外，还有一些软件工具av能够评估这些刀具决策的经济性。
在使用多刃刀具进行高速加工时，当工艺涉及刀具的整个刃长时，可能会出现最高 MRR。凹槽越多，刚性的核心直径越大。 Horn 表示，通常情况下，在考虑高速加工时，首先要考虑的是零件的尺寸和凹槽长度，以决定刀具的直径。直径为 3/8 英寸（9.5 毫米）的工具可以处理一英寸的实际凹槽长度，直径为 5/8 英寸（15.8 毫米）的工具可以处理两英寸的实际凹槽长度。
目标是最大化凹槽长度，因为这将提供最佳 MRR 以及 5% 和 10% 的步距。确定刀具选择的另一种方法是决定是否简单地切换到高进给铣削并使用传统立铣刀进行斜坡进刀并切出毛坯。
整体硬质合金立铣刀可将循环时间缩短多达 90百分比
五轴循环时间根据马萨诸塞州西博伊尔斯顿的 Emuge Corp 的说法，使用 Circle Segment 整体硬质合金立铣刀可以将模具、刀片和其他复杂的航空航天和医疗零件的加工减少多达 90%。而进行高速加工的制造商可能熟悉使用传统球头立铣刀加工小步距走刀，Circle Segment 立铣刀使用比球头立铣刀大 10 倍的高步距走刀来切削大面积材料，最大限度地提高效率并最小化刀尖高度。
据制造商称，在模具、刀片和其他复杂的医疗和航空航天应用的五轴加工中，圆弧段立铣刀可将循环时间缩短高达 90%。据该公司称，时间和成本得以节省，零件数量增加质量结果。由于更短的刀具路径，刀具寿命增加。宽容由于工具热翘曲引起的偏差被最小化，机器的轴向偏差被平滑，在更短的时间内提供更高质量的表面光洁度。 Circle Segment 立铣刀具有独特的形状，在铣刀的切削区域具有大半径，从而在预精加工和精加工操作期间允许更大的轴向 DOC。
立铣刀有四种几何形状：桶形、椭圆形、锥形和透镜形状。椭圆形和锥形铣刀适用于弯曲形状，例如刀片或直壁槽，可自由接合更多切削刃。根据 Emuge 的说法，圆筒设计铣刀可对螺旋槽和类似应用的侧面进行有效的侧面铣削。透镜形铣刀在狭窄通道或模具上的着陆区表现出色。需要特定的 CAM 系统软件（例如 Mastercam 和 hyperMILL）来支持和计算几何形状。
