您好 欢迎来到超硬材料网  | 免费注册
手机资讯手机资讯
官方微信官方微信

金刚石螺旋式铣刀的设计及工艺分析

2018-04-04 13:29:43|技术信息|来源 工具技术
摘要 金刚石刀具在难加工非金属材料方面应用越来越广泛,它集中体现了聚晶金刚石的各种优良特性:各向同性、较强的抗磨损能力、较好的可焊性和可加工性,非常适合石材、硬质碳、碳纤维增强塑料、人造...

       金刚石刀具在难加工非金属材料方面应用越来越广泛,它集中体现了聚晶金刚石的各种优良特性:各向同性、较强的抗磨损能力、较好的可焊性和可加工性,非常适合石材、硬质碳、碳纤维增强塑料、人造板材等难加工材料的加工。金刚石刀具在加工木材时寿命是硬质合金刀具的20-100倍,加工精度可达0.005mm,可以达到抛光的粗糙度和精度,完全无需再抛光被加工表面,同时减少换刀频率,加工效率提高10倍以上。

       本文以家具行业贴面刨花板加工为例,介绍一种金刚石螺旋式铣刀。该金刚石铣刀用于刨花板侧面修光,要求贴面正反两面不能崩边、加工面平整无纹路、刀具耐用、长时间不换刀。这种刀具采用大轴向前角,模拟螺旋齿加工,单点切削轻快,切削力小,光洁度好。同时,针对贴面正反两面不能崩边的要求,采取上下两排金刚石轴向前角相反的设计,以达到切削要求。

       1  刀具设计及工艺过程

       (1)刀具整体结构设计

       根据机床结构和厂家要求设计柄部尺寸、刃口外圆尺寸和刃长等参数。刀具基体采用综合性能比较好的40Cr,整个刀具采用聚晶金刚石复合片分段焊接而成,采用4排刃口(每排2齿)和一个横刃组合而成,共9齿。轴向前角为12-15°,横刃过刀具中心,用于封闭场合的清底加工。刀体结构采用三维软件进行建模而成。

       图1为刀具整体结构图。第1排与第2、3、4排的轴向后角相反。图2为刀具加工示意图。在加工过程中,刀具带轴向后角,可以使贴面板有一个向内的切削力,防止贴面撕裂和出现崩边;第2、3、4排是同一个轴向后角方向,一把刀具可以同时满足不同厚度的贴面板不崩边的加工要求。

       取贴面板上、下两面切削的一个点作受力分析,如图3所示,第一排刀齿作用于贴面板反面,除进给方向的分力Fx外,还有一个向上的分力Fz,可有效防止贴面板反面向下撕裂和崩边;同理,作用于贴面板正面的2、3、4排刀齿会施加一个向下的分力Fz′,能防止地板正面向上撕裂和崩边。

微信图片_20180404100221.jpg

1、2、3、4.轴向后角5.横刃

图1  刀具整体结构设计

       采用类螺旋槽的金刚石刃口设计可以实现瞬时单点切削,切削力小,切削轻快,排屑顺畅,从而可以使刀具转速最大增大到20000转,并增大切削速度,从而提高刀具的进给速度以及生产效率。

微信图片_20180404100226.jpg

图2  刀具加工示意图

微信图片_20180404100229.jpg

图3  工件切削受力示意图

       (2)金刚石材料选择及优化

       金刚石刀片材料采用某进口品牌,针对这种耐磨损性高的刨花板材质,分别采用型号为005、010、025和302的金刚石刀片进行试验。005指细颗粒的金刚石;010是指适中粒度的金刚石;025为粗颗粒的金刚石;302是粗细混合颗粒金刚石。由于铣削加工是多刃的断续加工,切入冲击力周期性地频繁作用于刃口上,再加上金刚石较脆的特性,必须考虑有引起崩刃失效的可能。面对同一规格的刨花板材,用上述四种牌号的刀具分别加工,得出的加工测试数据见表1。

表1  刀片牌号切削测试表

微信图片_20180404100234.jpg

       通过以上数据分析得出,302刀片牌号寿命最高,005刀片牌号寿命最差,025牌号寿命也较差,010刀片牌号寿命居中。一般情况下,粗颗粒金刚石耐磨性比细颗粒更好,细颗粒金刚石的刃口光洁度优于粗颗粒。从以上数据发现,该刀具的主要失效形式有刀具刃口磨损和刃口崩缺两种,可以得出:细颗粒牌号的刀具耐磨性较差,但不易出现崩刃;粗颗粒牌号的刀具耐磨性较强,但容易出现崩刃;粗细混合颗粒牌号的刀具耐磨性比细颗粒强,崩刃性弱于粗颗粒,所以该型号的综合性能最优,寿命也最长。

       (3)刃带设计及优化

       对于木工刀具,为了保证切口的光整度,刃口一般都没有设计刃带,以保持刃口的锋利性。但是,对于刨花板这种杂质较多又耐磨的材质,应考虑设计一些刃带,以在保证光整度的情况下提高刀具刃口的抗崩缺性。

本文做了如下试验:制备4把刀具,统一采用302材质,一把没有设计刃带的刀具和3把刃带长度不同但后角相同的刀具,进行切削试验对比得出的数据见表2。

表2  刃带数库切削测试表

微信图片_20180404100238.jpg

       通过以上测试数据得出,0.1mm刃带的刀具寿命略有提高但刃口失效还是有微崩;0.2mm刃带的刀具寿命显著提高,失效形式主要为磨损;0.4mm刃带的刀具根本没法使用,说明刃带过宽,加工过程中要引起切口擦黑。因此,对于此类基材加工,刃口设计有刃带能在一定程度上防止刃口崩刃,但刃带大小必须与整个切削系统相匹配。刃带过窄,抗崩刃效果不明显,过宽可能会引起切口擦黑。

       (4)工艺过程

       ①工艺流程

       根据以上设计编制了刀具加工制造的工艺流程,明确了加工设备、公差、检验标准等主要工艺流程:毛坯—车削—外圆磨—数控铣—高频焊接—喷砂—刃口成型加工—轮廓及跳动检查—表面处理。图4是刀体半成品实物,图5是焊接实物。

       ②关键工艺选择

       整个工艺流程中最关键的是金刚石的刃口成型加工。这种金刚石刀具的刃磨难度在于其类螺旋式多排设计,加工设备要保证加工轮廓精度及外圆跳动。目前,国内通常采取两种加工方式:数控工具复合磨削和慢走丝放电加工,这些机床结构特性都是能实现多轴联动加工。基于现有条件,试验选用发那科α400电加工机床。

微信图片_20180404100242.jpg

图4  刀体半成品实物

微信图片_20180404100454.jpg

图5  焊接实物

       电加工流程:输入图形DXF—GRT软件编程(确定加工方式、放电参数、轴向后角、径向后角、第二后角、刃带长度、分度等)—生成打点测量程序—输入机床测量程序—开始测量—软件接收打点测量程序—生成加工程序—传入机床程序,执行加工。

       编程采取分5段加工,包括刀具外圆刃口四段(1、2、3、4排)和横刃5,根据刀体的设计,各刃段编程方法见表3。

表3  电加工编程分度表

微信图片_20180404100458.jpg

       编程输入径向后角14°,轴向后角4°,图6为编程的模拟加工后角示意图,图7为电脑模拟刀具成品三维图。

微信图片_20180404100500.jpg

图6  电加工模拟示意图

微信图片_20180404100501.jpg

图7  刀具成品三维图

       经过在线监测,每段刃口取点,整个刀具外圆刃口的全跳动在0.006mm以内。将刀具放在ZOLLER仪器上监测,整段外圆刃口的直线度在0.008mm以内,满足设计要求。

      2  应用情况

       目前,金刚石螺旋铣刀已广泛应用于家具基材加工中的修边,基本取代了硬质合金刀具,不但提高了修边加工质量,还提高了加工效率,降低了加工成本。以前使用硬质合金刀具,几乎每天都要换刀,现在基本上三个月不用换刀,大大降低了人工成本和刀具成本,节约了加工时间。同时,加工进给速度由以前的20m/min提高到了60m/min,刀具转速由6000r/min提高到了20000r/min,大大提高了加工效率。

经过现场测试,金刚石刀具加工刨花板的寿命约为硬质合金刀具的120倍,工件的表面粗糙度远好于硬质合金刀具。

       小结

       (1)类螺旋式双轴向前角设计,实现单点切削,减小了切削力,同时可有效防止双面贴面板撕裂和崩边;

       (2)带旋转轴的5轴联动电加工机床保证了这类刀具的加工难度,同时有效地保证了加工精度及刃口光洁度;

       (3)加工刨花板材质的人造板,宜采用粗细混合颗粒的金刚石,耐磨性和耐崩刃性较强,综合性能优异,寿命较长;

       (4)针对刨花板材质的加工,金刚石刀具可以设计出与切削系统相匹配的刃带,在一定程度上可以增强刀尖强度,提高刀具的抗崩刃性。

  ① 凡本网注明"来源:超硬材料网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:超硬材料网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非超硬材料网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

飞孟金刚石、狮虎磨具入选2018年度河南省知识产权强...

近日,中国磨料磨网记者从河南省知识产权局了解到,经过专家组评审,河南省知识产权局长办公会议审议通过,共确定多氟多化工股份有限公司等2家企业为2018年度...

日期 2018-09-19   企业新闻

全球海上钻探市场回暖 预计2020年钻井平台数量...

不断攀升的国际油价和显著的成本效益,促使油气生产商将市场触底时经济不可行的海上勘探开发计划重新提上日程。今年以来,海上钻井平台市场无论是总体数量还是普遍利用率都呈现明显上升态势,未...

日期 2018-09-19   能源化工

福建水头石材产业发展浅谈

我国石材产业发展迅速,如何实现由量的扩张向质的增效已成为石材企业和政府部门亟待解决的问题。目前,水头中小石材企业存在创新不足、质量水平参差不齐、管理水平落后、环境污染等问题,本文将...

日期 2018-09-19   建材石材

光伏行业年中报:布局海外求突破 技术进步是根基

8月下旬,我国光伏行业重点企业纷纷发布半年报,从行业整体来看,上半年,我国新增光伏装机容量超过24GW,与去年同期基本持平。其中,新增分布式光伏装机容量超12GW,同比增长72%。...

日期 2018-09-19   电子光伏

中国决定对约600亿美元美国进口商品实施加征关税

国务院关税税则委员会关于对原产于美国约600亿美元进口商品实施加征关税的公告根据《国务院关税税则委员会关于对原产于美国的部分进口商品(第二批)加征关税的公告》(税委会公告〔2018...

日期 2018-09-19   宏观经济

2018年1-8月北京市数控金属切削机床产量及增长情...

据中商产业研究院数据库显示,2018年2月北京市数控金属切削机床产量骤降,2018年2月北京市数控金属切削机床产量为282台,同比下降79.5%。201...

日期 2018-09-19   行业统计

河南省政协主席刘伟莅临黄河实业集团调研

9月17日上午,河南省政协主席刘伟莅临公司工业园进行调研,许昌市长胡五岳、长葛市委书记尹俊营等领导陪同。公司董事长乔秋生做工作汇报。刘伟主席先后来到了公...

日期 2018-09-19   企业新闻
挖掘机也

挖掘机也"疯狂"?销量又刷新高 想买要等两周才到货

根据中国工程机械工业协会挖掘机械分会统计数据,纳入统计的25家主机制造企业的销量约为14.28万台,刷新了历史同期的最高销量,同比涨幅超过50%,市场持...

日期 2018-09-19   机床机械

国务院再议降低社保费率 严禁对历史欠费集中清缴

严禁自行对企业历史欠费进行集中清缴,违反规定的要坚决纠正,坚决查处征管中的违法违纪行为。同时,要抓紧研究提出降低社保费率方案,与征收体制改革同步实施。时隔12天,国常会再关注社保降...

日期 2018-09-19   宏观经济

日本机床8月出口订单额出现下降

去年至今,日本高水平的订单数量一直吸引着众多关注的目光,网上相关报道接连不断。近日,日本方面公布了8月订单额,数据显示,日本8月出口订单额出现下滑。从9月13日发布报道来看,日本机...

日期 2018-09-18   机床机械