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銑削加工基礎知識

銑削加工基礎知識

銑削用量

銑削時的銑削用量由切削速度、進給量、背吃刀量(銑削深度)和側吃刀量(銑削寬度)四要素組成。其銑削用量如下圖所示。

銑削運運及銑削用量

切削速度Vc即銑刀大直徑處的線速度，可由下式計算：

式中Vc為切削速度(m/min)，d為銑刀直徑（mm），n為銑刀每分鐘轉數（r/min）。

進給量?，銑削時，工件在進給運動方向上相對刀具的移動量即為銑削時的進給量。由于銑刀為多刃刀具，計算時按單位時間不同，有以下三種度量方法。

（1）每齒進給量?Z(mm/z)指銑刀每轉過一個刀齒時，工件對銑刀的進給量（即銑刀每轉過一個刀齒，工件沿進給方向移動的距離），其單位為每齒mm/z。

（2）每轉進給量?，指銑刀每一轉，工件對銑刀的進給量（即銑刀每轉，工件沿進給方向移動的距離），其單位為mm/r。

（3）每分鐘進給量Vf，又稱進給速度，指工件對銑刀每分鐘進給量（即每分鐘工件沿進給方向移動的距離），其單位為mm/min。上述三者的關系為，

式中z為銑刀齒數，n為銑刀每分鐘轉速（r/min），

背吃刀量(又稱銑削深度ap)，銑削深度為平行于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸（切削層是指工件上正被刀刃切削著的那層金屬），單位為mm。因周銑與端銑時相對于工件的方位不同，故銑削深度的標示也有所不同。

側吃刀量(又稱銑削寬度ae)，銑削寬度是垂直于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸，單位為mm。

銑削用量選擇的原則：通常粗加工為了保證必要的刀具耐用度，應優先采用較大的側吃刀量或背吃刀量，其次是加大進給量，后才是根據刀具耐用度的要求選擇適宜的切削速度，這樣選擇是因為切削速度對刀具耐用度影響大，進給量次之，側吃刀量或背吃刀量影響小；精加工時為減小工藝系統的彈性變形，必須采用較小的進給量，同時為了抑制積屑瘤的產生。對于硬質合金銑刀應采用較高的切削速度，對高速鋼銑刀應采用較低的切削速度，如銑削過程中不產生積屑瘤時，也應采用較大的切削速度。

銑削的應用

在臥式銑床上鏜孔（臥式銑床上鏜孔、臥式銑床上鏜孔用吊架、臥式銑床上鏜孔用支承套）

銑床的加工范圍很廣，可以加工平面、斜面、垂直面、各種溝槽和成形面（如齒形）。還可以進行分度工作。有時孔的鉆、鏜加工，也可在銑床上進行，如下圖所示。

銑削加工的應用范圍（a.圓柱銑刀銑平面 b.套式銑刀銑臺階面 c.三面刃銑刀銑直角槽 d.端銑刀銑平面e.立銑刀銑凹平面 f.鋸片銑刀切斷 g.凸半圓銑刀銑凹圓弧面 h.凹半圓銑刀銑凸圓弧面 i.齒輪銑刀銑齒輪 j.角度銑刀銑V形槽 k.燕尾槽銑刀銑燕尾槽 l.T形槽銑刀銑T形槽 m.鍵槽銑刀銑鍵槽 n.半圓鍵槽銑刀銑半圓鍵槽 o.角度銑刀銑螺旋槽）

銑床的加工精度一般為IT9～IT8；表面粗糙度一般為Ra6.3～1.6μm。

銑削方式

1.周銑和端銑

用刀齒分布在圓周表面的銑刀而進行銑削的方式叫做周銑；用刀齒分布在圓柱端面上的銑刀而進行銑削的方式叫做端銑。

與周銑相比，端銑銑平面時較為有利，因為：

（1）端銑刀的副切削刃對已加工表面有修光作用，能使粗糙度降低。周銑的工件表面則有波紋狀殘留面積。

（2）同時參加切削的端銑刀齒數較多，切削力的變化程度較小，因此工作時振動較周銑為小。

（3）端銑刀的主切削刃剛接觸工件時，切屑厚度不等于零，使刀刃不易磨損。

（4）端銑刀的刀桿伸出較短，剛性好，刀桿不易變形，可用較大的切削用量。由此可見，端銑法的加工質量較好，生產率較高。所以銑削平面大多采用端銑。但是，周銑對加工各種形面的適應性較廣，而有些形面（如成形面等）則不能用端銑。

2.逆銑和順銑

周銑有逆銑法和順銑法之分。逆銑時，銑刀的旋轉方向與工件的進給方向相反；順銑時，則銑刀的旋轉方向與工件的進給方向相同。逆銑時，切屑的厚度從零開始漸增。實際上，銑刀的刀刃開始接觸工件后，將在表面滑行一段距離才真正切入金屬。這就使得刀刃容易磨損，并增加加工表面的粗糙度。逆銑時，銑刀對工件有上抬的切削分力，影響工件安裝在工作臺上的穩固性。

順銑則沒有上述缺點。但是，順銑時工件的進給會受工作臺傳動絲杠與螺母之間間隙的影響。因為銑削的水平分力與工件的進給方向相同，銑削力忽大忽小，就會使工作臺竄動和進給量不均勻，甚至引起打刀或損壞機床。因此，必須在縱向進給絲杠處有消除間隙的裝置才能采用順銑。但一般銑床上是沒有消除絲杠螺母間隙的裝置，只能采用逆銑法。另外，對鑄鍛件表面的粗加工，順銑因刀齒首先接觸黑皮，將加劇刀具的磨損，此時，也是以逆銑為妥。

機械，模具加工常用金屬材料及其特性

機械 ，模具加工常用金屬材料及其特性

11、SKD11——耐性鉻鋼

日本日立株式出產.在技術上改進鋼中的鑄造安排,細化了晶粒.較Cr12mov的耐性和耐磨性有所提高.延長了模具的運用壽數.

12、D2——高碳高鉻冷作鋼

美國產.具有高的淬透性,淬硬性,耐磨性,高溫抗癢化功能好,淬火和拋光后抗銹蝕才能好,熱處理變形小,宜制作各種要求,長壽數的冷作模具,刀具和量具,例如拉伸模,冷擠壓模,冷剪切刀等。

13、SKD11(SLD)——不變形耐性高鉻鋼

日本日立株式出產.因為鋼中MO,V含量添加,改進鋼中的鑄造安排,細化了晶粒,改進了碳化物描摹,因而此鋼的強耐性(抗彎強度,撓度,沖擊韌度等)比SKD1,D2高,耐磨性也有所添加,并且具有更高的耐回火性.實踐證明此鋼模具壽數比Cr12mov有所提高.常制作要求高的模具,如拉伸模,沖擊砂輪片的模等。

14、DC53——高耐性高鉻鋼

日本大同株式出產.熱處理硬度高于SKD11.高溫(520-530)回火后可達62-63HRC高硬度,在強度和耐磨性方面DC53超過SKD11.耐性是SKD11的兩倍.DC53的耐性在冷作模具制作很少呈現裂紋和龜裂.大大提高了運用壽數.殘余應力小.經高溫回頭削減殘余應力.因為線切割加工后的裂痕和變形得到按捺.切削性和研磨性超過SKD11.用于精細沖壓模,冷鍛,深拉模等.

15、SKH-9——耐磨性,耐性大的通用高速鋼

日本日立株式出產.用于冷鍛模,切條機,鉆頭,鉸刀,沖頭號。

16、ASP-23——粉末冶金高速鋼

瑞典產.碳化物散布極均勻,耐磨損,高耐性,易加工,熱處理尺度穩定.用于沖頭,深拉伸模,鉆模,銑刀和剪切刀片等各類長壽數之切削東西。

17、P20——一般要求的巨細塑膠模具

美國產.可電蝕操作.出廠狀態預硬HB270-300.淬火硬度HRC52。

18、718——高要求的巨細塑膠模具

瑞典產.尤其電蝕操作. 出廠狀態預硬HB290-330. 淬火硬度HRC52

19、Nak80——高鏡面,塑膠模具

日本大同株式產. 出廠狀態預硬HB370-400.淬火硬度HRC52

20、S136——防腐蝕及需鏡面拋光塑膠模具

瑞典產. 出廠狀態預硬HB＜215.淬火硬度HRC52。

21、H13——一般常用壓鑄模

用于鋁,鋅,鎂及合金壓鑄.熱沖壓模,鋁擠壓模,

22、SKD61——高及壓鑄模

日本日立株式產,經電碴重溶技術,在運用壽數上比H13有明顯的提高. 熱沖壓模,鋁擠壓模,

23、8407——高及壓鑄模

瑞典產. 熱沖壓模,鋁擠壓模。

24、FDAC——添加了硫加強其易削性

出廠預硬硬度338-42HRC,可直接進行刻雕加工, 無須淬火,回火處理.用于小批量模,簡易模,各種樹脂制品,滑動零部件,交期短的模具零件.拉鏈模,眼鏡框模。

不同涂層刀具切削淬硬H13鋼加工性能研討

不同涂層刀具切削淬硬H13鋼加工性能研討

H13鋼能夠作為熱作模具鋼，能夠用于制作載荷較大的鍛模、熱擠壓模、合金資料的壓鑄模、有色金屬壓鑄模和要求較精密的塑料模等。從切削角度看，H13鋼導熱系數較小，工件散熱性較差，在切削中會發生熱量，引起刀具切削時溫度快速升高，較高的作業溫度會導致刀具作業時強度顯著下降，進而縮段刀具使用壽數。

硬態切削是把淬火鋼零件車削進程作為后工序進行加工處理，且在切削加工中不添加使用任何切削液，涂層資料被涂覆在刀具基體上并與基體緊密結合在一起，有用進步刀具耐磨性和切削性能，并保持刀具基體自身的耐性，改進刀—屑之間的沖突，有用延伸刀具壽數。

PVD(物理氣相沉積)和CVD(化學氣相沉積)兩種辦法是常用的涂層刀具制作工藝。TiAlN、TiN、Al2O3等涂層刀具常用來切削淬硬模具鋼，它們雖然較PCBN和陶瓷硬度較低、熱安穩性較差，但硬質合金的強度和斷裂耐性很高，適用于淬硬H13鋼的切削加工。Sasahara等使用涂層刀具進行了硬切削45鋼的外表完整性的研討，分析了切削參數對加工外表磨損、剩余應力的影響。侯志剛等對TP1000涂層刀片車削淬硬45鋼和淬硬T10A鋼進行了切削實驗，得出TP1000車削淬硬45鋼時首要磨損機理為磨料磨損以及氧化磨損，而破損機理首要是涂層的掉落。

為研討不同涂層刀具切削H13鋼的切削性能，進行三種涂層刀具車削加工淬硬H13鋼的實驗，經過對三種刀具涂層資料切削力、切削溫度、刀具磨損以及刀具壽數的對比研討分析，提醒不同種涂層資料刀具車削淬硬H13鋼的特性，為實踐生產中涂層刀具切削加工H13鋼供給理論基礎和實驗依據。

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實驗方案

切削實驗所用涂層刀具分別是多層Ti化合物涂層、TiAlN涂層以及MT-TiCN厚Al2O3TiN涂層。三種刀具的型號均為SNMG120408，其幾何參數相同。實驗用機床為一般車床CA6140(蕞大轉速1400r/min，功率7.5kW)。試件資料為淬硬H13鋼(硬度47-52HRC，首要成分見表1)，室溫下的力學性能如表2所示。

表1  淬硬H13鋼的首要化學成分(%)

表2  室溫下H13鋼的物理力學性能

圖1為切削示意圖，選用Kistler9129AA三向動態測力儀丈量切削力，剛度高、采樣頻率高、受溫度影響較小。選用FLIR紅外熱像儀丈量切削溫度，設備感溫性能好，能進行非觸摸丈量，攜帶使用方便。用FLIR熱像儀丈量并記錄每次實驗的切削溫度，并對實驗數據進行分析。實驗后選用超景深顯微鏡進行調查分析磨損的三種涂層刀具。

圖1  切削實驗示意圖

分別選用5種不同的切削速度進行干切削實驗。切削參數為：切削速度v=30.8m/min、61.2m/min、96.4m/min、124.1m/min、154.2m/min，切削深度ap=0.2mm，進給量f=0.102mm/r。選用Kistler 9129AA三向動態測力儀和FLIR紅外熱像儀丈量切削中安穩切削時的切削力以及切削溫度。

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實驗結果分析

(1)切削力分析

分別用MT-TiCN厚Al2O3TiN涂層、TiAlN涂層以及多層Ti化合物涂層資料刀具對淬硬H13鋼進行干切削，三向切削力的改變如圖2所示。

(a)主切削力的改變

(b)徑向力的改變

(c)軸向力的改變

1.MT-TiCN厚Al2O3TiN涂層  2.TiAlN涂層  3.Ti化合物涂層

圖2 涂層資料對切削力的影響

在整個切削進程中，三個方向上的切削力都呈上升趨勢，主切削力隨切削速度的改變趨勢先減小后增大。這是因為低速干切削時，刀具刀尖部分會發生積屑瘤，導致涂層刀具實際作業前角增大，切削變形減小然后切削力減小；當進步切削速度時，積屑瘤逐步消滅消失，切削力開端逐步增大。軸向力的改變趨勢是先增大后減小，原因是當切削速度較低時，工件外表粗糙度較高，殘留的金屬對刀具后刀面發生擠壓，抵消了一部分的受力，使軸向力開端的時候較小。切削速度逐步增大后，工件外表質量會慢慢變好，外表逐步光滑，殘留的金屬減小了刀具后刀面的擠壓力，軸向力逐步增大。

三種涂層刀具的徑向力隨速度增大上升趨勢很顯著，多層Ti化合物涂層刀具增大為杰出。不同涂層刀具切削時遭到的切削力不同，多層Ti化合物涂層刀具遭到三個方向的切削力比其它兩種涂層的刀具都大，而TiAlN涂層刀具遭到的切削力相對較小。這是因為TiAlN涂層刀具外表的涂層資料的減磨和光滑效果優于其它兩種涂層刀具。MT-TiCN厚Al2O3TiN涂層刀具與TiAlN涂層刀具主切削力和徑向力這兩個方向的力相差不大，但MT-TiCN厚Al2O3TiN涂層刀具大于TiAlN涂層刀具的軸向力。

(2)切削溫度分析

切削實驗中，選用FLIR紅外熱像儀丈量切削溫度(見圖3)，獲取安穩切削時的切削溫度場，但丈量效果會遭到粉塵、切屑等因素的影響。設置紅外熱像儀的紅外發射率為0.85。

圖3  熱像儀圖畫

切削速度v對三種涂層刀具切削溫度的影響規則如圖4所示。因為切削速度的進步，切削溫度逐步上升。切削速度增大了，刀—屑間觸摸面的沖突就會添加，很多的沖突熱會隨之發生，熱量在短時間內難以分散出去使切削溫度升高。切削速度變大，溫度隨之升高，但不同涂層刀具的切削溫度也有所區別，相同切削速度時多層Ti化合物涂層刀具的切削溫度蕞高，MT-TiCN厚Al2O3TiN涂層刀具次之，并且隨著切削速度增大切削溫度上升的趨勢安穩，用TiAlN涂層刀具切削工件時切削溫度蕞低。

TiAlN涂層刀具外表的涂層資料的減磨和光滑效果優于其它兩種涂層刀具。TiAlN涂層資料顯著降低了刀具與切屑觸摸面間的沖突，使刀—屑間觸摸面和后刀面與工件間的沖突系數較小，沖突熱發生相對較少，使刀具切削溫度較低。

圖4  涂層資料對切削溫度的影響