高速加工技術是指采用超硬材料的刃具,通過極大地提高切削速度和進給速度來提高材料切除率、加工精度和加工質量的現代加工技術。由于不同的加工工序、不同的工件材料有不同的切削速度范圍,因而很難就高速切削的速度范圍給定一個確定的數值。對于不同的材料,一般認為灰鑄鐵的高速切削速度是800-3000m/min、鋼件為500-2000m/min、鈦合金為100-1000m/min、鋁合金為1000-7000m/min。
高速切削,首先是高的速度,即高的主軸轉速,另一方面,又應有高的進給速度,為了提率,機床還要具有快速移動、快速換刀、高的主軸加速度和進給加速度,只有達到了上述標準才能稱之為高速。通常情況下,行業內將主軸轉速S>7000rpm,切削進給速度10000mm/min以上的銑削加工,稱為高速切削加工。
航空薄壁結構的定義
在飛機結構零件中,按照其在飛機上承載的狀況和結構特征將飛機骨架零件分為框類、梁類、接頭類、壁板類、肋類等類型,其典型定義如下表:
高速切削加工薄壁結構的優越性
高速切削加工薄壁件相對傳統加工具有顯著的優越性:切削力小,加工薄壁類零件時工件產生的讓刀變形相應減小,易于保證零件的尺寸精度和形位精度。切削熱對零件的影響減少,零件加工熱變形小,這對于控制薄壁件的熱變形非常有利。加工精度高,刀具切削的激勵頻率遠離薄壁結構工藝系統的固有頻率,保證了較好的加工狀態,實現了平穩切削,證了零件的精度和表面粗糙度。加工效率高,比常規加工高5~10倍,單位時間材料切除率可提高3~6倍。
高速切削加工薄壁結構的策略
高速切削加工薄壁結構對切削刀具、切削用量、工藝方案、數控編程等方面提出了新的要求。
刀具及其夾持系統
刀具結構的選擇原則
對于機夾式刀片刀具,由于刀片螺旋角很小,無法形成大的螺旋角,所以真正要加工高質量的薄壁結構件,不采用機夾式刀具用于高速切削。
對于整體式硬質合金銑刀和焊接式硬質合金銑刀,除了焊接式硬質合金應保證焊接的牢固性外,刀具制造應該符合下列要求:
具有匹配的刀具幾何角度:較大的前角和后角以及適中的螺旋角;
合理的短刃長桿結構;
側齒、底齒*對稱;
采用圓柱柄,無削平結構;
刀體臺階部位采用圓角過度;
較高的表面粗糙度;
設計的切削刃幾何形狀必須考慮高速切削條件下切屑生成特性;
為提高剛度,盡可能增加刀具中心的尺寸;
排屑性好。
刀具材料選擇及切削速度要求
高速切削刀具材料必須耐磨、抗沖擊能力好(包括熱沖擊與力沖擊)、硬度高、與工件材料親和力??;高速切削的刀具材料必須根據工件材料和加工性質來選擇;一般情況下,高速切削不使用高速鋼刀具,多采用硬質合金刀具;由于短時間切削后刀尖圓弧半徑與前刀面接觸區的涂層出現脫落,涂層硬質合金實際效果與無涂層硬質合金相似,故不推薦采用涂層刀具。
由于刀具在高速切削時產生極大的離心力,飛濺的切屑和崩刃以及變松的刀具夾緊系統都具有很高的動能,另外加工過程中還存在軸向動態力,故刀具應嚴格在其安全轉速范圍內使用。