将高进给铣削与其他类型的铣削进行比较,很明显,高进给率和金属去除率符合预期,但有时减慢进给速度和增加切削深度仍然会更快。

由于刀具的小主偏角(通常为 10 到 25 度)导致切屑变薄,因此可以进行高进给铣削。导程角越小,可以增加进给量并保持推荐的切屑厚度。例如,对于径向啮合至少为 50% 的 90 度刀具,切屑厚度等于每齿进给量 (fz)。使用45度刀具时,切屑厚度仅为fz的70%,如果导程角仅为10度,则tit仅为fz的17%。缺点是随着导程角的增加,切削深度能力降低。更高的进给量通常转化为高金属去除率,这使得高进给量铣削成为快速粗加工各种工件的一种非常高效且具有成本效益的方法。

然而,高金属去除率和进给率并不能说明全部情况。减少的切削深度可能意味着更多的加工次数,这可能会导致重新定位的时间损失。为了确定机械师在何种条件下更愿意追求最大进给率与最大切削深度,京瓷 进行了一项比较不同铣削策略的研究。

京瓷大进给铣削

京瓷大进给铣削

大进给铣削的另一个优点是减少了颤振的趋势,尤其是在悬伸较长的情况下。由于导程角,大部分切削力被轴向引导,从而减少偏转和颤振。Kyocera 的 MFH 系列大进给刀具还具有凸形切削刃设计,可进一步降低切削力和振动。

市场上有各种各样的可转位高进给刀具设计,在尝试选择最佳选项时可能会给最终用户造成混乱。为了帮助说明一些关键差异,京瓷选择了一个典型的加工场景(铺装 4140 个工件,28-32 Rc,5×6",总共要移除 0.090")并评估了三种不同的 2 英寸高进给刀具,看看哪个效率最高。让我们带您完成选择过程,以便您了解在选择满足您需求的高进给刀具时需要考虑哪些因素。

刀具

京瓷MFH猛禽MFH2000R-14-4T

2 英寸京瓷 MFH Raptor MFH2000R-14-4T 是此次高进给铣削测试中使用的刀具之一

2" MFH Raptor MFH2000R-14-4T(4 个长笛,SOMT14 刀片)

  • DCX(到外刀片边缘的最大直径):2"
  • DC(切割直径):1.094"
  • APMX(最大切削深度):0.079"

2" MFH Mini MFH2000R-03-9T(9 刃,LOGU03 刀片)

  • DCX:2"
  • 直流:1.685"
  • APMX:0.039"

50 毫米 MFH 最大 MFH050R-04-7T-M

  • DCX:1.969"
  • 直流:1.535"
  • APMX:0.098"

大进给刀具与任何其他刀具没有什么不同,除了 90 度主角之外,您需要注意 DC 尺寸(控制加工的平面部分)和 APMX 值(最大切削深度)。了解这些尺寸后,工程师可以计算出每个刀具需要多少次加工才能将我们的零件加工到 0.090 英寸的深度。

刀具 DCX 直流电 美联社 通过次数 (Ae) 传球次数 (Ap) 通过总数
MFH2000R-14-4T(MFH-猛禽) 2.000 1.094 0.079 6 2 12
MFH2000R-03-9T (MFH-Mini) 2.000 1.685 0.039 4 3 12
MFH050R-04-7T-M (MFH-Max) 1.969 1.535 0.098 4 1 4
MFH050R-04-7T-M_2 (MFH-Max) 1.969 1.535 0.098 4 2 8

以 MFH2000R-14-4T Raptor 为例,您可以看到由于 DC 尺寸刚好超过一英寸,因此需要 6 次才能面对零件。此外,由于 APMX 小于 0.090”,因此需要在 Z 方向上通过 2 次才能到达完整深度。这导致总共 12 次加工到所需尺寸 (6 × 2 = 12)。MFH Mini 具有更大的 DC 维度,但具有更小的 APMX,结果也是总共 12 次通过。京瓷考虑了 MFH Max 的两种选择。它能够完成 0.090 英寸的完整切削深度,从而总共进行四次切削(但进给量减少)。该公司还评估了以更高的进给量进行 2 次 0.045 英寸的焊道(总共 8 道焊道)。

出于本次评估的目的,他们在每个刀具中使用相同的硬质合金牌号 (PR1535),并在推荐的速度和进给起点下运行每个刀具。

刀具 风险投资 转速 频率 电压 应用程序 MRR
MFH2000R-14-4T(MFH-猛禽) 500 955 0.059 225.4 0.045 10.03
MFH2000R-03-9T (MFH-Mini) 500 955 0.030 257.9 0.030 11.48
MFH050R-04-7T-M (MFH-Max) 500 970 0.010 67.9 0.090 9.07
MFH050R-04-7T-M_2 (MFH-Max) 500 970 0.022 147.1 0.045 9.82

两种最常见的生产率测量值是上表所示的表进给 (Vf) 和金属去除率 (MRR)。桌面进给很容易看到,每个人都喜欢吹嘘他们可以多快地运行刀具(如 ¼ 英里时间或汽车的最高速度)。然而,速度并不能说明一切(谁想在蜿蜒的山路上驾驶拖车)。金属去除率通常是生产率的更准确表示,因为它是衡量每分钟切削时间去除多少材料的指标。它是工作台进给、切削深度 (Ap) 和切削宽度 (Ae) 的函数。在我们的研究中,碰巧每个刀具的 Vf 和 MRR 的排名是相同的。但是,您可以看到,虽然 MFH050R-04-7T-M(每分钟 67.9 立方英寸)的 Vf 约为 MFH2000R-03-9T(257.9)的四分之一,金属去除率为 79%(9.07 与 11.48 相比)。使用任何一种测量,人们都希望看到 MFH Mini 位居榜首,其次是 MFH Raptor 和底部的 MFH Max。这些没有考虑到的是非切割时间(快速移动以重新定位以进行额外的传球)。随着通过次数的增加,所需的定位移动次数也增加。

结果

MFH2000R-14-4T

刀具 周期 通过总数 风险投资 电压 应用程序 MRR
MFH2000R-14-4T(MFH-猛禽) 00:00:34:27 12 500 225.4 0.989 0.045 10.03

MFH2000R-03-9T

刀具 周期 通过总数 风险投资 电压 应用程序 MRR
MFH2000R-03-9T (MFH-Mini) 00:00:31:24 12 500 257.9 1.484 0.030 11.48

MFH050R-04-7T-M (0.090" Ap)

刀具 周期 通过总数 风险投资 电压 应用程序 MRR
MFH050R-04-7T-M (MFH-Max) 00:00:30:23 4 500 67.9 1.484 0.090 9.07

MFH050R-04-7T-M (0.045" Ap)

刀具 周期 通过总数 风险投资 电压 应用程序 MRR
MFH050R-04-7T-M_2 (MFH-Max) 00:00:31:26 8 500 147.1 1.484 0.045 9.8

比较具有 12 次总通过次数的刀具,我们可以看到具有更高工作台进给和 MRR 的选项名列前茅。虽然这是一个具体案例,但它表明不仅应考虑工作台进给 (Vf) 和 MRR,而且在评估整体循环时间时,我们还需要查看所需的总通过次数和非切削时间。我们工件的整体尺寸或总切削量的变化会影响此处看到的结果。您需要考虑您的独特情况,以确定与您的特定工件匹配的最佳大进给刀具。您可以看到,在这种情况下,最少的走刀次数足以抵消工作台进给 (Vf) 或 MRR 的差异,从而允许MFH050R-04-7T-M 刀具采用完整的 0.090" 深度以实现最短的循环时间(30.23 秒)。

磨损测试

接下来,我们将看看进给和切削深度如何影响刀具寿命。测试表明,在某些情况下,与在较重的进给情况下进行较轻的切削深度相比,在较大的切削深度处采用较低的进给可以提供更短的循环时间。哪个选项最适合刀具寿命,或者会有什么不同?

为了找到答案,京瓷继续对硬度为 28 – 32 Rc 的 4140 块进行测试。为了确定测试参数,使用 SOMT140520ER-GM PR1535 刀片的 MFH3000R-14-6T 刀具以 520 sfm 和推荐的最大切削深度运行,并调整进给直到主轴负载达到 100%。0.079 英寸的切削深度和 0.025 ipt 的组合导致主轴负载为 100%。在 0.025 英寸的深度和 0.079 ipt 的进给量下,主轴负载也在相同的 520 sfm 下记录为 100%。对于测试的磨损部分,MFH2000R-14-4T 刀具与 SOMT140520ER-GM PR1535 刀片一起使用。为了增加磨损率,他们以 800 sfm 的速度运行,这比 720 sfm 的最大推荐切割速度略高。切割宽度 (ae) 为 1 英寸。第一个测试在 0.025 英寸的深度 (ap) 和 0 的进给 (fz) 下运行。

MFH3000R-14-6T,Fz = 0.025 ipt,DOC = 0.079"

第二个测试是在 0.079 英寸的深度 (ap) 和 0.025 ipt 的进给 (fz) 下进行的。这导致相同的金属去除率。所有测试均在没有冷却剂的情况下进行。以 10 分钟的间隔测量磨损,直到达到 90 分钟的切割时间。

MFH3000R-14-6T,Fz = 0.079 ipt,DOC = 0.025"

磨损结果

下面是测试期间刀片磨损的图表。蓝线代表高进料 - 低 ap 结果,橙色线代表高 ap - 低进料结果。如您所见,高 ap – 低进给切削条件在 90 分钟切削时间后减少了磨损。

mms-0921-native-kyocera-wear-vs-time-graph.png

这是测试结束时插入物的照片:

mms-0921-native-kyocera-wear-comparison.png

下面的模拟结果与实际评估密切相关。您可以看到,在更轻的切削深度和更高的进给量下,产生的热量和应力要高得多。它们也集中在更小的区域内,因此磨损更快。

mms-0921-native-kyocera-heat-map-1.jpg

mms-0921-native-kyocera-heat-map-2.jpg

显然,在某些应用中,以减少进给量进行更重切削以缩短循环时间和/或提高刀具寿命是有利的。京瓷的新型 MFH Max 刀具专为此类应用而设计。它们的切割深度可达 0.098 英寸(2.5 毫米)。虽然推荐的进给量随着切削深度的增加而下降,但很明显 MFH Max 可以改善循环时间和刀具寿命。

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