航空工業鋁合金零件的加工對刀具有很高的要求，刀具在具有高性價（jià）比的同時還（hái）必須滿足高質量加工的需求，目前，整體硬質合金刀具逐漸取代（dài）了傳統的高速（sù）鋼刀具。

      航空工（gōng）業鋁合金零件的加工對刀具有很高的要（yào）求，刀具在具有高性價比的同時還必須滿足（zú）高質量加工的需求（qiú）。由於整（zhěng）體硬質合金刀具具有非常鋒利的切（qiē）削刃和槽型，其在鋁合金精加（jiā）工中切削力小，並且具有容屑空間大，排屑順暢（chàng）等優點（diǎn），因此整體硬質合金刀具逐漸取代了傳統的高速鋼刀具。

      此（cǐ）外，硬質合金的彈性模量大約是鋼的3倍，這就（jiù）意味著在負載相同的情況下，整體硬質合金刀具的變形量僅為可轉位刀具的1/3。整體硬質合金立銑刀還可以做成螺旋刃，這（zhè）樣就能平穩地進行切入和切出，排屑也很平穩順暢，這些（xiē）都有助於減小切削力的波動從而抑製由此帶來的振動趨（qū）勢。

      可轉位刀片刀具係統可以（yǐ）為粗加工和精加工帶來潛在的優勢，特別是使用25～100mm的中等至（zhì）大直徑刀具時，用於鋁合金加工（gōng）的可轉位立銑刀無需重磨，具有更好的安全性、通（tōng）用性和更高的金屬去除率，具有無與倫比的性能。然而，很多情況下的（de）精加（jiā）工都不能達到所需的水平。但是，現在山特維克可樂滿的CoroMill 790通過全新的切削刃、刀片、刀片座以（yǐ）及夾緊技術即可以實現（xiàn）。

      CoroMill 790的改進

      在研發（fā）用於鋁合金加工的新型立銑刀（dāo）概念時，可以通過修改一係列參數來取得使用可轉位刀片進行徑向銑（xǐ）削時（shí）關鍵性的突破。主要的技術難點包括：平穩的切削作用;良好（hǎo）的切屑形成（chéng）;極高的材料去除率;低功耗（hào）;很好的表麵粗糙度（dù）和最小的接刀痕跡;確保高轉速下刀具的（de）安全性。

      加工鋁合（hé）金，尤（yóu）其是（shì）在小餘量切削的精加工時，可轉位刀（dāo）片刃口通常（cháng）顯（xiǎn）得較鈍，常常導致“犁削”效應的產生，切（qiē）削刃也（yě）容易猛然切入工（gōng）件（jiàn），引起（qǐ）切削力突然增加。切削力的（de）突然增加導致（zhì）讓刀過大以及功（gōng）率需求過（guò）高。上述問題（tí）因切削刃的需求而（ér）變得更為複雜，精加工時必須使用鋒利的（de）正前角切削刃（rèn），而粗加工時為確保金屬去除率，要求（qiú）切削刃具有（yǒu）足夠強（qiáng）度。因此，考慮到切削力、切削（xuē）刃切入（rù）、切屑形成、穩定性以及刀（dāo）片定位和夾緊，需要一種新的方法來（lái）使用可轉位刀（dāo）片。

      切削刃上產生的切削力

      當銑削刀具的切（qiē）削刃切入工件時（shí），猛然的撞擊將引起刀具的振動。所產生（shēng）的切削（xuē）力主要取決於切屑厚度，該（gāi）厚度與進給成一定比例。最初誘發的刀具振動將改變後續的切屑厚度，隨後（hòu）當切削力變化而反過（guò）來（lái）引起加工係統的振動加劇時，該厚度可能還會繼（jì）續增加。切削力的方向（xiàng）和變動幅度在很大程（chéng）度上決定了振動趨勢。此類再生振動也稱作顫振，如果不加以抑製（zhì），切削力的變化幅度就（jiù）會增大，從而使切削後的表麵粗糙度下降，產生（shēng）接刀，甚至（zhì）導致切削（xuē）刃（rèn）和刀具損壞，此外還會對機床主軸產生不利影響。

      為此，必須在切削開始時就抑製切削力的劇烈變動，從而抑製振動趨勢，這也是采用防振刀具的主要原因。不過在許多情況下（xià），這是通過對刀片結構參數進行（háng）優化而實現的。

      建立合乎（hū）要求的模型(能夠準確計算和預測切削力)是開發新刀片槽形的主（zhǔ）要依據之一。隨後，高級FEM仿真給出了許多答（dá）案，涉及刃線、前角和斷屑器的組合式設計以及刀片（piàn）後刀麵上的切削刃新特性的開發與優化。這在很大程度上基於通過測定的模態參數而計算出（chū）的（de）振動波形。

      刃帶（dài）的因素

      眾所周知（zhī），在銑削鑄鐵時，後刀麵的（de）磨損會形成一定程度的振動阻尼。後刀麵的磨損區域與已加工麵摩擦，吸收振動能量，從而導致振幅（fú）衰減。從邏輯上講，該效應也應該能夠用於抑製其他類型的銑削振（zhèn）動。該項技術所麵（miàn）臨的難點是如何合（hé）理地將專門設（shè）計的後（hòu）刀麵磨損帶用作主後刀麵。為（wéi）了（le）獲（huò）得正確的阻尼（ní）效應，它在（zài）刀片上的位置、角度、寬（kuān）度以及用（yòng）在切削刃上的（de）範圍都需要相當精確，並且與刀片上的其他設計因素也應具有正確的關係（xì）。

      如果這種技術應用得（dé）當，起緩衝作用的後刀麵刃帶可抑製刀具變形量的增加，從而控製切屑厚度與（yǔ）徑向切削力。山特維克可樂滿已獲專利的新型刀片設計的秘密在於，當刀片有偏離（lí）工件的趨勢時，其刃帶將在刀具開始向後彎曲的（de）瞬間與工件上相應形成的已（yǐ）加工曲麵接觸——從而防止在加工期（qī）間刀具振幅的增加。這意味著該刀片有持續（xù）的穩定效應，該效應也是切削作用的一部分。

      該技（jì）術成（chéng）功的關（guān）鍵在於主後角刃帶相對於刀片幾何構型和刀具直徑的尺寸和位置。然後，通過（guò）具有（yǒu）切削過程仿真功能的有限元分析來評估切削合力、切屑形成以及刀片中應力水平的分布。

圖3 CoroMill 790立銑刀CoroGrip Coromant Capto

      直徑的因素

      對於徑向切削力的影響來說，小到中等直徑刀具剛性（xìng）不好，較易發生偏斜，而大直徑（jìng）刀具則比較（jiào）穩定，它們對防（fáng）振的（de）要求（qiú）也不（bú）一樣。此（cǐ）外還發現，進給率不是影（yǐng）響徑向切（qiē）削力的主要因素（sù），在刀具不同的進給之間(通常每齒進給量為0.25mm 和0.35mm)，徑（jìng）向切（qiē）削力的大（dà）小隻（zhī）有很小的變化。對於（yú）典型的（de）直徑25mm 鋁合金立銑刀，其刀片上的刃帶呈（chéng）1°、0.1mm寬，並且與曲線形切削刃完全匹配。

      鋁合金是一種具（jù）有良好可（kě）加工性的材料，其材料單位切削力約為鋼的1/3，熔點（diǎn）為625℃。這（zhè）種低（dī）熔點（diǎn）意味著無論切削速（sù）度有多高（gāo），切削區的溫度都不會超過625℃。在出現過度磨損、且對切削刃的強度沒有影響之前，硬質（zhì）合金刀片可以承受很高的（de）溫度。

      更高的切（qiē）削（xuē）速度（dù）對功率的（de）要求也會隨之提（tí）高。事實上，鋁合金（jīn）高速加工時的一（yī）個常見（jiàn）問題是需要很大的機床功率，這往往會導致單位功（gōng）耗下（xià）金屬去除（chú）率（lǜ）偏（piān）低（dī）。因此，通常要求機床在高轉速下仍能提供盡（jìn）可能大的輸出功率——在高速加工鋁合金時，由於刀具的改進而（ér）使所需功率降低是（shì）非常有益的。新（xīn）型的CoroMill 790刀片設（shè）計就大大降低了功率要求。

      輕鬆切入

      在銑削加工時，為（wéi）了防止初始切削力的急劇增加（jiā），切削刃需要盡可能地逐步切入工件（jiàn）(如沿著整體硬質合金立銑刀（dāo）的螺（luó）旋線逐步切入)，這將影響徑向（xiàng）切削力的大（dà）小、方向以及（jí）增長率，並由此影響刀具變形（xíng）以及工件形（xíng）狀誤差的大小。

      山（shān）特維克可（kě）樂滿發現通過對新型CoroMill 790刀片槽形進行（háng）設計，使其能（néng）夠以更（gèng）大的速（sù）度和深度進行切削，可產生有利的切入延長效應——顯著減緩進入時的衝擊效應，從（cóng）而使零件徑向銑削（xuē）麵的接刀誤差最（zuì）小化。通過加深刀片前刀麵上的（de）斷屑（xiè）槽，降（jiàng）低了（le）切削力，優化（huà）切屑成形和排（pái）屑（xiè）。這種槽形的刀-屑接觸麵更小，摩擦（cā）力更低，切削更平穩，能獲得更大的切削深度。

      盡管刀片的切削刃看上（shàng）去因其更加鋒利和斷屑槽更深而顯得較脆弱，但實際上其應力水平不會高於相對較鈍的切削刃。借（jiè）助更加係統化的設計方法、更完善精密的計算、仿真和（hé）測試手段，可以開發出更加（jiā）合理的刀片結構，切削性能更加優異，而且足夠安全。