在加工車(chē)削件和多任務(wù)零件方面更具競(jìng)爭(zhēng)力意味著緊跟切斷刀具和切斷方法的技術(shù)發(fā)展步伐。大多數(shù)制造商需要執(zhí)行的工序通常是棒料、管材和機(jī)械零件的切斷,由于經(jīng)常為第一道或最后一道工序,因此有必要持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。那么,現(xiàn)在刀具發(fā)展該如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)并且如何最佳地解決切斷問(wèn)題呢?
首先要確立最佳切斷工序。在分析切斷工序時(shí),第一是根據(jù)批量大小進(jìn)行分類(lèi)。在選擇刀具時(shí),考慮通用性與專(zhuān)用性。對(duì)于單個(gè)零件存在多項(xiàng)甚至一項(xiàng)變化的應(yīng)用場(chǎng)合,往往需要通用刀具。而批量生產(chǎn)需要提供專(zhuān)用刀具,在性價(jià)比、安全和質(zhì)量一致性盡可能高的前提下確立特定工序。對(duì)于中等批量應(yīng)用,利用最少量的合適刀具獲得高生產(chǎn)效率和安全性是其最重要的特性。
在尋找正確的刀具時(shí),應(yīng)將切斷看作三項(xiàng)基本因素的組合:切斷直徑所需的刀板懸伸,刀具寬度會(huì)受懸伸影響其最大強(qiáng)度,刀具寬度又會(huì)影響刀具可能的進(jìn)給率,而進(jìn)給率則決定著完成工序所需的時(shí)間。此外,進(jìn)給率也決定著刀片槽形——鋒利的刀片槽形適合低進(jìn)給,而堅(jiān)固的刀片槽形則適合高進(jìn)給。
進(jìn)給也與加工條件有關(guān)。加工條件可以通過(guò)穩(wěn)定性水平、材料狀況和切削類(lèi)型進(jìn)行評(píng)估,以確定工況是良好、一般還是惡劣。工件材料也可影響加工條件以及刀片牌號(hào)和切削參數(shù)的選擇。
其次,需要確立最適合于工序的刀柄類(lèi)型和刀具系統(tǒng)。工件直徑至關(guān)重要,刀柄與所需的切削深度直接相關(guān)。切斷時(shí)大多數(shù)切削深度處于6~28mm的中等加工范圍內(nèi),深切斷的切削深度為28~55mm,而淺切斷則為0.25~6mm。
選擇刀柄時(shí),要兼顧通用性和穩(wěn)定性。批量大小和操作變化也將影響到選擇方向。由于刀具懸伸可設(shè)置成適合不同的直徑,因此可調(diào)整刀板的刀具能用于各種工件直徑。另一方面,帶整體式增強(qiáng)刀板的刀柄只適合一定范圍的直徑,但能提供最大的強(qiáng)度。
再者,需要確定切斷時(shí)刀片選擇的最佳步驟。切削刃在切削中引導(dǎo)刀具并控制切屑,同時(shí)決定飛邊和毛刺的形成。相對(duì)較薄的刀片與刀柄之間的接口質(zhì)量是刀具穩(wěn)定性的根本。為了保持穩(wěn)定性,需要良好的軌道和V形刀片座結(jié)構(gòu),并最好與相對(duì)較長(zhǎng)的刀片配合使用。
刀片寬度因切斷刀具的切削深度能力而異,小切削深度(工件直徑)可使用薄刀片,而大切削深度則需使用更寬的刀片以保證強(qiáng)度。刀柄上的刀片座型號(hào)與刀片寬度相對(duì)應(yīng),每種系統(tǒng)都有其特定的刀片寬度范圍,例如CoroCut單、雙刃系統(tǒng)有8種不同的刀片寬度,范圍從1.5~8mm;而CoroCut 3則適合于淺切斷,有3種刀片寬度,范圍介于1~2mm之間。
當(dāng)為工序選擇刀片槽形和牌號(hào)時(shí),應(yīng)當(dāng)確立切削刃鋒利性、強(qiáng)度和寬度最合適的組合,以確保盡可能高的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量,從而獲得更高的生產(chǎn)效率。鋒利的刃槽形易于切削,所需機(jī)床功率小,使振動(dòng)趨勢(shì)最小化。堅(jiān)固的槽形負(fù)前角更大,切削刃也得到增強(qiáng),能承受要求更苛刻的切削和粗加工,并且可實(shí)現(xiàn)更高的進(jìn)給率。
對(duì)于刀片牌號(hào)選擇,切削刃強(qiáng)度應(yīng)該優(yōu)先考慮,它能確保切斷工序的安全性。這意味著應(yīng)優(yōu)先考慮韌性,而不是更鋒利和更硬的槽形和牌號(hào)。其次針對(duì)操作因素和加工條件,保證合乎要求的表面質(zhì)量和進(jìn)給率,應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)牌號(hào)使刀片更耐磨,以獲得更高的進(jìn)給率和更長(zhǎng)的刀具壽命。
然后,切斷時(shí)應(yīng)使飛邊與毛刺最小化。毛刺形成是切斷工序中一個(gè)控制問(wèn)題。切削刃的前角(主偏角)很大程度上決定毛刺的形成0°主偏角一般會(huì)產(chǎn)生最筆直的切削路徑和最佳的表面質(zhì)量,但會(huì)在切口末端留下毛刺。在切斷的部分落下并且切削刃通過(guò)工件中心后,斜角刃就能最小化或完全切掉毛刺。由于很容易控制刀具偏離預(yù)期的直刀具路徑,因此具有較大前角的切削刃會(huì)對(duì)切口的直線度產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,盡管從鋒利方面應(yīng)考慮適合低進(jìn)給槽形,選用的10°和 15°前角,但適中的斜角刃(5°)通常為最佳選擇。
在限制飛邊形成方面,切削刃的鋒利性具有重要作用。磨削的正前角切削刃可以最小化飛邊,而帶有大圓角刀尖的堅(jiān)固槽形則容易形成飛邊,尤其是采用較大的進(jìn)給率時(shí)。采用同一刀具或精加工刀具切斷之后的額外走刀是獲得最佳生產(chǎn)效率的一種解決方案之一。
最后,對(duì)于良好的切斷,合適且充足的冷卻液供應(yīng)及其方向常常至關(guān)重要。帶集成式冷卻液供應(yīng)的刀塊就是一種解決方案。此外冷卻液從下面供應(yīng)可以延長(zhǎng)刀具壽命和改善切屑控制。在切斷棒料時(shí),所切削的工件直徑會(huì)不斷變小,到達(dá)中心時(shí)接近于零。切削速度因此會(huì)顯著降低,從而增大積屑瘤在切削刃上形成的趨勢(shì),進(jìn)而對(duì)刀具壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。提高主軸轉(zhuǎn)速并在穿過(guò)之前將進(jìn)給率降低幾毫米能夠彌補(bǔ)這種不利影響。
對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)激烈的切斷應(yīng)用來(lái)說(shuō),最佳化進(jìn)給率是優(yōu)先考慮因素,進(jìn)給在很大程度上決定生產(chǎn)效率的高低。進(jìn)給也意味著可以在切削、停留或啄進(jìn)期間通過(guò)改變進(jìn)給來(lái)控制切屑形成。在降低切削速度時(shí)也可以最小化振動(dòng)趨勢(shì)提高進(jìn)給率。進(jìn)給率也應(yīng)針對(duì)正確的刀具壓力進(jìn)行設(shè)置以確保直刀具路徑,并在切斷終了前有所降低以免強(qiáng)行切斷,同時(shí)在間斷切削時(shí)確保其安全性。因此,進(jìn)給、刀片和刀柄的組合是切斷時(shí)至關(guān)重要的最佳化因素。