高速加工技术是指采用超硬材料的刃具,通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。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围,因而很难就高速切削的速度范围给定一个确定的数值。对于不同的材料,一般认为灰铸铁的高速切削速度是800-3000m/min、钢件为500-2000m/min、钛合金为100-1000m/min、铝合金为1000-7000m/min。
高速切削,首先是高的速度,即高的主轴转速,另一方面,又应有高的进给速度,为了提率,机床还要具有快速移动、快速换刀、高的主轴加速度和进给加速度,只有达到了上述标准才能称之为高速。通常情况下,行业内将主轴转速S>7000rpm,切削进给速度10000mm/min以上的铣削加工,称为高速切削加工。
航空薄壁结构的定义
在飞机结构零件中,按照其在飞机上承载的状况和结构特征将飞机骨架零件分为框类、梁类、接头类、壁板类、肋类等类型,其典型定义如下表:
高速切削加工薄壁结构的优越性
高速切削加工薄壁件相对传统加工具有显著的优越性:切削力小,加工薄壁类零件时工件产生的让刀变形相应减小,易于保证零件的尺寸精度和形位精度。切削热对零件的影响减少,零件加工热变形小,这对于控制薄壁件的热变形非常有利。加工精度高,刀具切削的激励频率远离薄壁结构工艺系统的固有频率,保证了较好的加工状态,实现了平稳切削,证了零件的精度和表面粗糙度。加工效率高,比常规加工高5~10倍,单位时间材料切除率可提高3~6倍。
高速切削加工薄壁结构的策略
高速切削加工薄壁结构对切削刀具、切削用量、工艺方案、数控编程等方面提出了新的要求。
刀具及其夹持系统
刀具结构的选择原则
对于机夹式刀片刀具,由于刀片螺旋角很小,无法形成大的螺旋角,所以真正要加工高质量的薄壁结构件,不采用机夹式刀具用于高速切削。
对于整体式硬质合金铣刀和焊接式硬质合金铣刀,除了焊接式硬质合金应保证焊接的牢固性外,刀具制造应该符合下列要求:
具有匹配的刀具几何角度:较大的前角和后角以及适中的螺旋角;
合理的短刃长杆结构;
侧齿、底齿*对称;
采用圆柱柄,无削平结构;
刀体台阶部位采用圆角过度;
较高的表面粗糙度;
设计的切削刃几何形状必须考虑高速切削条件下切屑生成特性;
为提高刚度,尽可能增加刀具中心的尺寸;
排屑性好。
刀具材料选择及切削速度要求
高速切削刀具材料必须耐磨、抗冲击能力好(包括热冲击与力冲击)、硬度高、与工件材料亲和力小;高速切削的刀具材料必须根据工件材料和加工性质来选择;一般情况下,高速切削不使用高速钢刀具,多采用硬质合金刀具;由于短时间切削后刀尖圆弧半径与前刀面接触区的涂层出现脱落,涂层硬质合金实际效果与无涂层硬质合金相似,故不推荐采用涂层刀具。
由于刀具在高速切削时产生极大的离心力,飞溅的切屑和崩刃以及变松的刀具夹紧系统都具有很高的动能,另外加工过程中还存在轴向动态力,故刀具应严格在其安全转速范围内使用。