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铣槽加工与槽铣刀

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    发表于 2014-9-27 22:14:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
    众所周知,对于许多专业术语,不同的人有不同的理解。“铣槽”这个词就是如此。
    号恩(HORN)美国公司销售经理Duane Drape认为,“名词术语经常混淆不清。‘铣槽(groove milling)’与‘铣缝(slot milling)’或‘开槽(slitting)’等术语之间的差异很难明确界定。”
    山特维克可乐满(Sandvik Coromant)应用与开发项目协调人William Durow也认为,“铣槽”与“铣缝”和“开槽”基本上就是一回事。该公司提供全系列的CoroMill可转位刀片式槽铣刀。
    瓦格斯(Vargus)美国公司产品经理Michael Trimble表示,“对我们来说,槽铣刀就是切削速度和进给率比传统开槽刀具(如半圆铣刀)更高的铣槽刀具。”
    车槽与铣槽
    工件上的沟槽可以通过车削或铣削方式加工。伊斯卡(Iscar)公司GRIP产品经理Matthew Schmitz说,“如果能在车床上加工沟槽,你最好这样做。几乎在每种情况下,铣削沟槽都要比车削同样的沟槽花费更多时间。”该公司提供的TANG、GRIP、CHAMSLIT和MULTI-MASTER系列刀具产品中也包括各种槽铣刀。
    Schmitz还指出,如果被加工沟槽形状不同于常见的平行槽壁,铣槽加工将变得更困难,而且可能需要成本更高的专用槽铣刀。他说,“只有在少数情况下,应该考虑用铣槽来替代车槽。这些因素包括工件的形状或尺寸、车间的加工能力、控制切屑的需要、为了取消额外的加工设备,以及在无需增加设备的情况下控制工件特征的尺寸公差。” 此外,Schmitz认为,由于车槽加工采用单点切削刀具,因此其加工精度比铣槽更高。
    Drape并不完全赞同车槽精度更高的观点,他认为这要取决于具体的加工。但他指出,“铣槽是使用旋转刀具,因此加工表面上有较多的圆齿型刀痕。”
    此外,铣槽是一种断续切削,切屑通常能分断为易于处理的短屑。而车槽属于连续切削,会形成不易处理的长条形切屑。
    整体式与刀片式槽铣刀
    整体硬质合金槽铣刀是在刀柄前端用螺钉固定一个可更换的刀头(或刀片)。刀片式槽铣刀则是采用安装在刀体上刀座中的可转位刀片。
    Drape说,“根据加工直径要求,我们可以提供整体式和刀片式槽铣刀。刀片式槽铣刀可能不适合加工小内径孔中的沟槽。我们通常在直径超过10mm时才会采用刀片式槽铣刀。”
    随着直径的增大,整体硬质合金刀具的成本也会逐渐增大,因此,大直径沟槽是刀片式槽铣刀的“用武之地”。Draped补充说,“使用刀片式槽铣刀可能遇到的问题是,其加工精度可能没有整体硬质合金槽铣刀高,这是因为刀片式铣刀上有可更换部件,因此不可能保持与整体式铣刀相同的精度。”
    瓦格斯公司的Trimble指出,当直径足够大时,可转位刀片式槽铣刀具有更好的经济性。比如说,整体硬质合金槽铣刀的价格为150美元,刀片式槽铣刀的刀体价格也是150美元,有3个或6个刀齿的可更换刀头(刀片)价格为25美元。如果整体式和刀片式槽铣刀都可以加工1,000个槽,那么从长期来看,整体硬质合金槽铣刀的使用成本更高,因为一旦刀具磨损,用户就必须再购买一把全新的刀具(瓦格斯公司不建议对磨损的槽铣刀进行重磨)。如果使用刀片式槽铣刀,用户只需每次支付25美元更换一个刀头即可。该公司提供Groovex系列整体硬质合金和可转位刀片式槽铣刀。
    无论是整体式还是刀片式槽铣刀,都能加工简单的直线槽和圆周槽——槽底为矩形或半圆形的凹槽(如用于安装孔用弹簧挡圈或O形圈的槽)。
    由于刀片式槽铣刀可以更换刀头或刀片,因此在材质牌号和几何形状上具有更大的灵活性。此类刀具可用于铣削斜槽、倒角、切断以及铣削齿廓、半圆键槽和T型槽等多种加工。
    槽铣刀还能用于铣削螺纹。Drape说,“铣削螺纹实际上就是铣削螺旋槽。螺纹就是一种槽壁倾斜60°、55°或30°,沿着工件圆周螺旋上升的槽,虽然需要用不同形状的刀具加工,但其加工原理与铣槽是相同的。”
    锯片铣刀与切口铣刀
    锯片铣刀通常用于加工深度约为几英寸的矩形窄槽。Drape说,“这种铣刀加工的槽深通常大于槽宽。”
    为了区分锯片铣刀(slitting cutter)与切口铣刀(slotting cutter),伊斯卡公司解释了二者的区别:锯片铣刀是一种薄片型铣刀,其上安装的刀片与车削加工常用的切断刀片或车槽刀片类似;切口铣刀也是一种薄片型铣刀,但其上安装的刀片与常见的铣刀片类似。据该公司介绍,锯片铣刀通常用于加工宽度小于6.35mm的窄槽,而切口铣刀可加工的槽宽范围更广一些。不过,两者的加工范围可能会有一些重叠。
    Schmitz说,“由于锯片铣刀相当昂贵——其上需要安装许多价格不菲的刀片,因此只有在确有必要时才会使用它。但对于那些既长又深的槽,用锯片铣刀(而不是切口铣刀)进行加工可能具有更好的经济性。”例如,一把直径为150mm的锯片铣刀上装有12枚单刃刀片,每枚刀片的价格为14美元,即刀片总价为14×12=168美元。如果刀体价格为800美元,则该锯片铣刀的成本接近1,000美元。一把直径150mm的切口铣刀上装有16枚四刃刀片,每刃成本约为4.30美元,刀片总价为4.30×16=68.80美元;刀体价格约为1,500美元。虽然切口铣刀的初始购买成本较高,但与锯片铣刀相比,切口铣刀每次刀片转位的成本要低100美元。而在本例中,切口铣刀上只有一半刀齿是有效刀齿。换句话说,只有8个有效切削刃(对置刀片),与对应的锯片铣刀相比,加工效率要低20%。此外,与对应的锯片铣刀相比,切口铣刀能够承受的切屑负荷相对较小。
    Schmitz说,“因此,你始终需要权衡锯片铣刀与切口铣刀的优势和劣势,看哪种刀具最适合自己的加工条件。长期来看,锯片铣刀的刀具成本可能更高一些,但有些用户认为,由于提高了切削性能,增加的刀具成本物有所值。另一些用户为了降低总的刀具成本,则宁愿牺牲一部分加工性能。”
    排屑问题
    排屑是任何金属切削加工都不容忽视的问题,在铣槽加工中更是至关重要,因为铣槽时切屑更容易卡在槽中,并被刀具二次切削。不过,通过对槽铣刀的优化设计,有助于提高其排屑性能。
    槽铣刀采用错齿结构设计可以帮助断屑。Schmitz表示,“我们的切口铣刀采用了对置刀片设计。因此,如果铣刀上有10枚刀片,其中只有5枚刀片是有效切削刃。当一枚刀片铣削沟槽顶面时,它后面的那枚刀片则反向切削底部槽壁。与用单一宽度刀片加工相比,这种刀片设置方式除了有助于断屑外,还可以加工出更窄的槽,并能提高排屑性能。”
    一般来说,切口铣刀的切削刃与槽壁呈90°直角。这种切削角度会迫使切屑流入槽的侧壁。伊斯卡的槽铣刀将90°切削角改为70°或60°切削角,从而可使切屑转向离开槽壁,避免了损害槽壁表面质量。
    此外,目前大部分槽铣刀都具有内冷却功能,可以利用冷却液冲走切屑。
    铣削深槽可能也颇具挑战性。Schmitz说,“当沟槽深度增加时,需要成倍增大铣刀直径。如果槽深增加25mm,则铣刀直径至少需要增大50mm。”
    山特维克可乐满的Durow指出,加工耐热高温合金(如Inconel合金)时,会产生大量切削热。他说,“当你切削既深又窄的沟槽时,切削热‘无路可走’,只能传入刀具之中,这不可避免地会使刀具性能恶化、寿命难以预测。你需要采用小切深多次走刀的方式——每次走刀的切深至少为刀具直径的15%-25%——直至达到要求的槽深。这种加工方式有助于防止切削热传入刀具。”

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