高速加工刀具工艺参数的优化

摘要:以几种典型模具材料的高速加工为例,介绍了德国Darmstadt工业大学PTW研究所对高速加工刀具工艺参数优化的研究成果。

1引言

高速加工作为一种先进的切削技术,自二十世纪八十年代以来得到了日益广泛的应用。高速加工采用远高于常规加工的切削速度和进给速度,不仅可提高加工效率,缩短加工工时,同时还可获得很高的加工精度。随着高速加工主轴技术的发展,与其配套的新型刀具不断出现,对高速加工用刀具工艺参数的优化研究也不断深入。目前,德国、美国、日本等工业发达国家对高速加工技术的研究和应用处于世界领先地位,特别是德国对高速加工的研究起步较早,成果较多。早在1984年,德国国家研究技术部(DFG)就出资700万马克资助德国Darmstadt工业大学生产技术和机床研究所(PTW,InstituteofProductionandEngineeringandMachineTools)与41家公司进行了为期4年的合作,全面开展对高速加工切削机理、高速加工工艺、高速加工用机床与刀具的研究。由于政府的高度重视和大力资助,研究工作取得了丰硕成果。德国不少公司很快掌握了高速加工技术,并不断支持和推动该项技术的深入研究与发展。

本文对德国PTW研究所近年来在高速加工刀具工艺参数优化方面的最新研究成果作一介绍,希望能为国内的高速加工研究及应用提供有益的参考。

2高速加工的特点

高速加工(HighSpeedCutting,简称HSC)通常是指在高于常规加工速度5～10倍的条件下进行的切削加工。在高速加工中,必须根据不同的加工材料、加工方式、加工工艺、刀具参数并考虑刀具使用寿命和加工表面质量来选择切削速度。表1为加工不同工件材料时HSC铣削与常规加工的切削速度比较。表2为采用不同加工方式切削合金钢时HSC与常规加工的切削速度比较。

表1 加工不同材料时HSC铣削与常规加工的切削速度比较
被加工材料 常规切削速度
(m/min) HSC切削速度
(m/min) 纤维增强塑料 ～800 1200～9000 轻金属 ～800 200～5000 铜合金 ～400 1200～45000 铸铁 ～300 1000～3000 普通工具钢 ～250 700～2000 钛合金 ～80 200～1000 镍基合金 ～20 100～300
表2 加工合金钢时HSC 与常规加工的切削速度比较
加工方式 常规切削速度
(m/min) HSC切削速度
(m/min) 钻削 ～100 ～200 拉削 ～40 ～80 精镗 ～10 ～300

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