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实现了承诺,但有时减慢进给速度和增加切削深度最终仍会更快。

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由于刀具的小主倾角(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,进给量就可以增加得越多,并且仍然保持推荐的切屑厚度。例如,对于具有至少 50% 径向啮合的 90 度铣刀,切屑厚度等于每齿进给量 (fz)。用45度的刀具,切屑厚度只有fz的70%,如果前导角只有10度,那么tt只有fz的17%。缺点是随着导程角的增加,切削深度能力下降。较高的进给通常转化为较高的金属去除率,这使得高进给铣削成为一种快速粗加工各种工件的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。切削深度的减小可能意味着更多的加工道次,这可能会导致重新定位的时间损失。为了确定机械师在什么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。

京瓷高进给铣削

高进给铣削的另一个优点是减少了颤振的趋势,尤其是对于较长的悬伸。由于导程角,大部分切削力是轴向定向的,从而减少了偏转和颤振。京瓷的 MFH
系列高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淆。为了帮助说明一些关键差异,京瓷选择了一个典型的加工方案(装饰 4140 工件,28-32 Rc,5×6",总共要去除 0.090")并评估了三种不同的 2 英寸高进给刀具,看看哪个是最有生产力的。让我们带您了解选择过程,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 是本次高进给铣削测试中使用的刀具之一

  • 2" MFH Raptor MFH2000R-14-4T(4 刃,SOMT14 刀片)

    • DCX(到外刀片边缘的最大直径):2"
    • DC(切削直径):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-mm MFH Max MFH050R-04-7T-M

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

高进给刀具与任何其他刀具没有什么不同,只有 90 度的主偏角 - 您需要注意 DC 尺寸 - 它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把刀具需要多少遍才能使我们的零件达到 0.090 英寸的深度。

刀具 DCX 直流 APMX # 通过次数 (Ae) # 通过次数 (Ap) 总传球次数
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 尺寸刚刚超过一英寸,因此需要 6 次通过才能面对零件。此外,由于 APMX 小于 0.090 英寸,因此需要在 Z 方向进行 2 次通过才能到达完整深度。这导致总共需要 12 次通过加工到所需的尺寸 (6 × 2 = 12)。MFH Mini 的 DC 尺寸更大,但 APMX 更小,结果也是总共 12 次通过。京瓷考虑了 MFH Max 的 2 个选项。它能够进行完整的 0.090 英寸切削深度,从而总共走四次(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 英寸通过(总共 8 次通过)。

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材质 (PR1535),并在推荐的速度和进给起点处运行每个刀具。

刀具 风险投资 转速 Fz VF ap 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方法是上表所示的工作台进给量 (Vf) 和金属去除率 (MRR)。表格进给很容易看到,每个人都喜欢吹嘘他们可以多快运行切割机(例如 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一辆拖车)。金属去除率通常更准确地表示生产率,因为它衡量每分钟切削时间去除多少材料。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,恰好每个刀具的 Vf 和 MRR 的排名是相同的。但是,您可以看到,虽然 MFH050R-04-7T-M 的 Vf(每分钟 67.9 立方英寸)约为 MFH2000R-03-9T(257.9)的四分之一,金属去除率为 79%(9.07 比 11.48)。使用任何一种测量方法,人们都会期望看到 MFH Mini 排在最前面,然后是 MFH Raptor 和 MFH Max 在底部。这些没有考虑到的是非切割时间(快速移动以重新定位以获得额外的传球)。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 总传球次数 风险投资 VF ap MRR
MFH2000R-14-4T(MFH-猛禽) 00:00:34:27 <p>12 <p>500 <p>225.4 <p>0.989 <p>0.045 <p>10.0

MFH2000R-03-9T

刀具 周期 总传球次数 风险投资 VF ap 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 总传球次数 风险投资 VF ap 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 总传球次数 风险投资 VF ap MRR
MFH050R-04-7T-M_2 (MFH-Max) 00:00:31:26 8 500 147.1 1.484 0.045 9.8

将刀具与总共 12 次走刀进行比较,我们可以看到具有更高工作台进给和 MRR 的选项排在首位。虽然这是一个特殊情况,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走刀的总数和非切削时间。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来确定与您的特定工件相匹配的最佳高进给刀具。您可以看到,在这种情况下,最少的走刀次数超过了抵消工作台进给 (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,与以较重的进给量运行较小的切削深度相比,在较大的切削深度下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?

为了找出答案,京瓷继续对 4140 块硬度为 28 – 32 Rc 的块进行测试。为了确定测试参数,带有 SOMT140520ER-GM PR1535 刀片的 MFH3000R-14-6T 刀具在 520 sfm 和最大推荐切削深度下运行,并调整进给直到主轴负载达到 100%。0.079 英寸切削深度和 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,主轴负载在相同的 520 sfm 下也达到了 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,这比建议的最大切割速度 720 sfm 略高。切口宽度(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。每隔 10 分钟测量一次磨损,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。蓝线代表高进给 - 低 ap 结果,橙色线代表高 ap - 低进给结果。如您所见,高 ap - 低进给切削条件导致 90 分钟切削时间后磨损更少。

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

以下是测试结束时插入的照片:

京瓷磨损结果

下面的模拟结果与实际评估密切相关。您可以看到,在较浅的切削深度和较高的进给量下,产生的热量和应力要高得多。它们也集中在一个更小的区域,结果是更快的磨损。

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

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

显然,在某些应用中,以减少的进给量进行较重的切削以减少循环时间和/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。它们的切削深度可达 0.098 英寸(2.5 毫米)。虽然建议的进给量随着切削深度的增加而下降,但显然 MFH Max 可以改善循环时间和刀具寿命。

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