Концепция конструкции твердосплавных концевых фрез для алюминия

Введение

При проектировании твердосплавных концевых фрез для алюминия важно всесторонне учитывать выбор материала, геометрию инструмента, технологию покрытия и параметры обработки. Эти факторы обеспечивают эффективную и стабильную обработку алюминиевых сплавов, продлевая срок службы инструмента.

1. Выбор материала

1.1Твердосплавная подложка: Предпочтительны твердосплавы типа YG (например, YG6, YG8) из-за их низкой химической совместимости с алюминиевыми сплавами, что помогает уменьшить образование нароста.

1.2Высококремнистые алюминиевые сплавы (8%–12% Si): Рекомендуются инструменты с алмазным покрытием или безуглеродистый мелкозернистый твердый сплав для предотвращения коррозии инструмента, вызванной кремнием.

1.3Высокоглянцевая обработка: Для достижения зеркальной поверхности рекомендуется использовать твердосплавные концевые фрезы высокой жесткости с прецизионной полировкой кромок.

2. Конструкция геометрии инструмента

2.1Количество зубьев: Дизайн с 3 зубьями обычно используется для балансировки эффективности резания и удаления стружки. Для черновой обработки аэрокосмических алюминиевых сплавов можно выбрать концевую фрезу с 5 зубьями (например, Kennametal KOR5) для увеличения скорости подачи.

2.2Угол наклона спирали: Рекомендуется большой угол наклона спирали 20°–45° для улучшения плавности резания и уменьшения вибрации. Чрезмерно большие углы (>35°) могут ослабить прочность зуба, поэтому требуется баланс между остротой и жесткостью.

2.3Углы наклона и задние углы: Больший угол наклона (10°–20°) снижает сопротивление резанию и предотвращает прилипание алюминия. Задние углы обычно составляют 10°–15°, регулируются в зависимости от условий резания, для балансировки износостойкости и производительности резания.

2.4Конструкция стружечной канавки: Широкие, непрерывные спиральные канавки обеспечивают быстрое удаление стружки и минимизируют прилипание.

2.5Подготовка кромки: Режущие кромки должны оставаться острыми, чтобы уменьшить усилие резания и предотвратить прилипание; соответствующая фаска повышает прочность и предотвращает сколы кромки.

3. Рекомендуемые варианты покрытия

3.1Без покрытия: Во многих случаях алюминиевые концевые фрезы не имеют покрытия. Если покрытие содержит алюминий, оно может вступать в реакцию с заготовкой, вызывая расслоение или прилипание покрытия, что приводит к аномальному износу инструмента. Концевые фрезы без покрытия экономичны, чрезвычайно остры и легко перетачиваются, что делает их подходящими для мелкосерийного производства, прототипирования или применений с умеренными требованиями к шероховатости поверхности (Ra > 1,6 мкм).

3.2Алмазоподобный углерод (DLC): DLC имеет углеродную основу, радужный вид, обладает отличной износостойкостью и антиадгезионными свойствами — идеально подходит для обработки алюминия.

3.3Покрытие TiAlN: Хотя TiAlN обеспечивает отличную стойкость к окислению и износу (в 3–4 раза больший срок службы, чем TiN, в сталях, нержавеющей стали, титане и никелевых сплавах), он обычно не рекомендуется для алюминия, потому что алюминий в покрытии может вступать в реакцию с заготовкой.

3.4Покрытие AlCrN: Химически стабильное, антипригарное и подходит для титана, меди, алюминия и других мягких материалов.

3.5Покрытие TiAlCrN: Покрытие с градиентной структурой с высокой прочностью, твердостью и низким трением. Оно превосходит TiN по производительности резания и подходит для фрезерования алюминия.

Резюме: Избегайте покрытий, содержащих алюминий (например, TiAlN), при обработке алюминия, так как они ускоряют износ инструмента.

4. Ключевые соображения

4.1Удаление стружки: Алюминиевая стружка имеет тенденцию прилипать; для плавного удаления требуются оптимизированные конструкции канавок (например, волнистые кромки, большие углы наклона).

4.2Метод охлаждения:

4.2.1 Предпочтительно внутреннее охлаждение (например, Kennametal KOR5) для снижения температуры резания и удаления стружки.

4.2.2 Используйте смазочно-охлаждающие жидкости (эмульсии или охлаждающие жидкости на масляной основе) для уменьшения трения и нагрева, защищая как инструмент, так и заготовку.

4.2.3 Обеспечьте достаточный поток охлаждающей жидкости для покрытия зоны резания.

4.3Параметры обработки:

4.3.1Высокоскоростная резка: Скорость резания 1000–3000 м/мин повышает эффективность, уменьшая усилие резания и нагрев.

4.3.2Скорость подачи: Увеличение подачи (0,1–0,3 мм/зуб) повышает производительность, но следует избегать чрезмерного усилия.

4.3.3Глубина резания: Обычно 0,5–2 мм, регулируется в соответствии с требованиями.

4.3.4Конструкция против вибрации: Переменная спираль, неравномерное расстояние между зубьями или конические конструкции сердечника могут подавлять вибрацию (например, KOR5).

Заключение

Основные принципы конструкции твердосплавных концевых фрез для алюминия — это низкое трение, высокая эффективность удаления стружки и антиадгезионные характеристики. Рекомендуемые материалы включают твердосплав типа YG или безуглеродистый мелкозернистый твердый сплав. Геометрия должна уравновешивать остроту и жесткость, а покрытия должны избегать соединений, содержащих алюминий. Для высокоглянцевой обработки или высококремнистых алюминиевых сплавов необходимы оптимизированные конструкции кромок и канавок. На практике производительность можно максимизировать, сочетая соответствующие параметры обработки (например, высокоскоростное фрезерование, встречное фрезерование) с эффективными стратегиями охлаждения (например, внутренний хладагент).