航空工業鋁合金零件（jiàn）的加工對刀具有很高（gāo）的要（yào）求（qiú），刀具在具有（yǒu）高性價比的同時還必須滿足高質量加工的需求，目前，整體硬質合金刀具（jù）逐（zhú）漸取代了傳統的高速鋼刀具。

      航（háng）空工業鋁（lǚ）合金零件的加（jiā）工對刀具（jù）有很高的要求，刀具在（zài）具有高性（xìng）價比的同時還必須滿足高質量加工的需（xū）求。由於整體硬質合（hé）金刀具具（jù）有非常鋒利的切削刃和槽型，其在鋁合（hé）金精加工中切削力小（xiǎo），並（bìng）且具（jù）有容（róng）屑空間大，排（pái）屑順暢等優點，因此整體硬（yìng）質合金刀具逐漸取代了傳統的高速鋼（gāng）刀具。

      此外，硬質合金的彈性模量大約是鋼的3倍，這就意味著在負載相同（tóng）的情況下，整體硬質合金刀具（jù）的變（biàn）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（luó）旋刃，這樣就能平穩地進（jìn）行切入和切出，排屑也（yě）很平穩順（shùn）暢，這些都有助於（yú）減小切削力的波動從而抑製由此帶（dài）來的振（zhèn）動趨勢。

      可轉位刀片刀具係統可以為粗（cū）加工（gōng）和精加工帶來潛（qián）在的（de）優勢，特別（bié）是使用25～100mm的中等至大直（zhí）徑刀具（jù）時，用於鋁合金加工的可轉位立銑刀（dāo）無需重磨，具有更（gèng）好的安全性、通（tōng）用性和更高的金屬去除率，具有無與倫（lún）比的性能。然而，很（hěn）多情況下的精加工都不能達到所需的水平。但是，現在山特維克可樂滿（mǎn）的CoroMill 790通（tōng）過（guò）全新的切（qiē）削刃、刀片（piàn）、刀片座以（yǐ）及夾緊技術（shù）即（jí）可以實現。

      CoroMill 790的改進

      在研（yán）發用於鋁合金加（jiā）工的新型立銑刀（dāo）概念時（shí），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）削時關鍵性的突破。主要的技術難點包括：平穩的切削作（zuò）用;良好的切屑形成;極高的（de）材料去除率;低功耗;很好的表麵（miàn）粗（cū）糙度和最小的接刀痕跡;確保高轉速下刀具的安全性。

      加工鋁合金（jīn），尤其是在（zài）小（xiǎo）餘量切削的精加工時，可轉位刀（dāo）片刃（rèn）口（kǒu）通常（cháng）顯得較鈍，常常導致“犁削”效應的產生，切削刃也容（róng）易猛然切入工件，引起切削力突然增加。切削力的突然增加導致讓刀過大以及功率需求過高（gāo）。上述問題因切削刃的需求而變得更為複雜，精加工時（shí）必（bì）須使用鋒利的（de）正前角切削刃，而粗加工時為確保金屬去（qù）除率，要求切削刃具有足（zú）夠強度。因此，考慮到切削力、切削（xuē）刃切入、切屑形成、穩定性以及（jí）刀片定位和夾（jiá）緊，需要（yào）一種（zhǒng）新的方（fāng）法來使用可轉位刀片。

      切削刃上產生的切削力

      當銑削刀具的（de）切削刃切入工件時，猛然的撞擊（jī）將引起刀具的振動。所產生的切削力主要取決於切屑厚（hòu）度，該厚度與進給成（chéng）一定比例（lì）。最初誘發的刀具振動將改變後續的切屑厚度，隨後當切削力變化而反過來（lái）引起加工係統的振動加劇時，該厚度可能還會繼續增加。切削力的方向和變動幅度在很大程度（dù）上決（jué）定了振動趨（qū）勢（shì）。此類再生振動也稱作顫振，如果不加以（yǐ）抑製，切削力的變化幅度就會增大，從（cóng）而（ér）使切削後的表麵粗糙度下降，產生接刀，甚至導致切削刃和刀具損壞，此外還（hái）會對機床主軸產生不利影響。

      為此，必（bì）須在切削開始時就抑製切削力的（de）劇（jù）烈變動，從（cóng）而抑製振動趨勢，這也是采用防振刀具的主要原（yuán）因。不過在許多情況下，這是通過對刀片結構參數進行優化而實現的。

      建立合乎要求的模型(能夠準確計（jì）算和預測切削力)是開發新刀片槽形的主（zhǔ）要依據之（zhī）一。隨後，高級FEM仿真給出了許多答案，涉（shè）及刃線、前角和斷屑器（qì）的組合式設計以（yǐ）及（jí）刀片後刀麵上的切削刃新特性的開（kāi）發與優（yōu）化。這在很大程度上（shàng）基於通過測定的模態參數而（ér）計算出的振動波形。

      刃帶的因素（sù）

      眾（zhòng）所周知（zhī），在（zài）銑削鑄鐵時（shí），後刀麵的磨損會形成一定程度的振動阻（zǔ）尼。後（hòu）刀麵（miàn）的磨（mó）損區域與已加工（gōng）麵摩擦，吸收振動能量，從而導（dǎo）致振幅衰減。從邏輯上講，該效（xiào）應也應該能夠用於抑製（zhì）其（qí）他類（lèi）型（xíng）的銑削振動。該項技術所麵臨的難點是如何合（hé）理地將專門設計的後刀麵磨損帶（dài）用作主（zhǔ）後刀麵。為了獲（huò）得正確的阻尼效應，它在刀片上的位置、角度、寬（kuān）度以及用（yòng）在切削刃上（shàng）的範圍都需要相當精確（què），並且與刀片上的其他設計因素也應具有正確（què）的關係。

      如果這種技術（shù）應用得當，起緩衝作用的後刀麵刃帶可抑製刀具變（biàn）形量的（de）增加，從而控製切屑厚度（dù）與徑（jìng）向切削力。山特維克可（kě）樂滿已獲（huò）專利的新（xīn）型刀片設計的（de）秘密在於（yú），當（dāng）刀片有偏離工件的趨勢時，其刃帶將在刀具（jù）開始向後彎曲的瞬間與工件上相應形成的已加工曲麵接觸——從（cóng）而（ér）防止在（zài）加工期間刀具振幅的增加。這意味著該刀片有持續的穩定效應，該效應也是切削作用的一部分。

      該技術成功的（de）關鍵在於主後角刃帶相對於刀片幾何構型（xíng）和刀具直徑的尺寸和（hé）位置。然後，通過具有（yǒu）切削過程仿真功能的有限元（yuán）分析來（lái）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（lì）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（zhōng）等直徑刀具剛性不好，較易發生偏斜，而大直徑刀具則比較穩定，它們對防振的要求也不一（yī）樣。此外還發現，進給率不是（shì）影響徑向切削力的主要因素，在刀具不同的（de）進給之間(通（tōng）常每齒進給量為0.25mm 和0.35mm)，徑向切削力的大小隻有很小（xiǎo）的變化。對於典型的直徑25mm 鋁合金立銑刀，其刀片上的刃帶呈1°、0.1mm寬，並且與曲線形切削刃完全匹配。

      鋁合金是一種具有（yǒu）良好可加工性的（de）材料，其材料單位切削力約為鋼的1/3，熔點（diǎn）為625℃。這種低熔點意味（wèi）著無論切削速度有多高，切削區的溫度都不會超（chāo）過625℃。在出（chū）現過度（dù）磨損、且對切削刃的強度沒有影響之前，硬質合金（jīn）刀片可以承受（shòu）很（hěn）高的溫度。

      更高的切削（xuē）速度對功率的要求也會隨之（zhī）提高。事實（shí）上，鋁合金高速加工時的一個常見問題是需要很大的機床功率，這往（wǎng）往會導致單位功耗下金屬去除率偏低。因此，通常要（yào）求機床在高轉速下仍能提供盡可能大的輸出功率（lǜ）——在高速加工鋁合金時，由（yóu）於刀具的（de）改進而使所（suǒ）需功率降低是非常有益的。新（xīn）型的CoroMill 790刀片設計就大大降低了功率要求。

      輕鬆（sōng）切入

      在銑削加工（gōng）時，為了防止初始切削力的急劇增加，切（qiē）削刃需要盡可（kě）能地逐步切入（rù）工（gōng）件(如沿著整體硬質合金（jīn）立銑刀（dāo）的螺旋線逐步切入)，這將影響徑向切削力的（de）大小、方向以（yǐ）及增長率，並由此影響刀具變形以及工件形狀（zhuàng）誤差的大小。

      山特維克可樂（lè）滿發現通過對新型CoroMill 790刀片槽形（xíng）進行設計（jì），使其能夠以更大的速度和深度進行切削，可產生有利的切（qiē）入延長效應——顯著減緩進入時的衝擊效應，從而使零件徑向銑（xǐ）削麵的接刀誤（wù）差最小化。通過加深刀片前刀麵（miàn）上的斷屑（xiè）槽，降低了切削力，優化切屑（xiè）成（chéng）形（xíng）和排屑。這種槽形的刀（dāo）-屑接觸麵更小，摩擦力更低，切削更平穩，能獲得（dé）更大的切（qiē）削深度。

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