航空工業（yè）鋁合金（jīn）零件的加工對刀具有很高的要（yào）求，刀具在具有高性價比的同時還必須滿（mǎn）足（zú）高質量加工（gōng）的（de）需求，目前，整體硬質合金刀具（jù）逐漸取代了傳統的高速鋼刀具。

      航空工業鋁合金零件的加工對刀具有很高（gāo）的要求，刀具在具有高性價（jià）比的同時還必須滿足高質量加工的需求。由於整體（tǐ）硬質合金刀具具有非常鋒利的切削刃和槽型，其在（zài）鋁（lǚ）合金精加工中切削力小，並且（qiě）具有容屑（xiè）空間（jiān）大（dà），排（pái）屑（xiè）順暢等優點，因此整體硬質合（hé）金刀具逐漸取代了傳統的高速鋼刀具。

      此外，硬質合金的彈性模量大約是鋼的3倍，這就意味著在負載（zǎi）相同的情況下，整體硬（yìng）質合金刀具的變形量僅為可轉位刀具的（de）1/3。整體（tǐ）硬質（zhì）合金立銑刀還可以做成螺旋刃，這樣就能平穩地（dì）進行切入和切（qiē）出，排（pái）屑也很（hěn）平穩順暢，這些（xiē）都有助於減小切（qiē）削（xuē）力的（de）波動從而抑製由此帶來的振動趨勢。

      可轉位刀片刀具係統可以為粗加工和精加工帶來潛在的優勢，特別是使（shǐ）用25～100mm的中等至大直徑刀具時，用於鋁合金加工的可轉（zhuǎn）位立銑刀無需重磨，具有更好的安全性（xìng）、通用性和更高的（de）金屬去除率，具有無與倫比的性能。然而，很多情況下（xià）的精加工都不能達到所需（xū）的水平（píng）。但是，現在山特維克可樂滿的CoroMill 790通過全新的切削刃、刀片、刀片座以及夾緊技術即可以實現。

      CoroMill 790的改進

      在研發用於鋁合（hé）金加工的新型立銑刀概念時，可以通過修改一係列參數來取得使用可轉位刀片（piàn）進行徑向銑削（xuē）時關鍵性（xìng）的突破。主要的技術難點包括（kuò）：平穩的切（qiē）削作用;良好（hǎo）的切屑形成;極（jí）高的材料去除率;低功耗;很好的表麵粗糙度和最小的接刀痕跡;確保高轉速（sù）下（xià）刀具的安全性。

      加工鋁合金，尤其是在小餘量切（qiē）削的精（jīng）加工時（shí），可轉位刀片刃口（kǒu）通常顯得較鈍，常常導致“犁削”效應的產生，切（qiē）削刃也容易猛（měng）然切入工件，引起切削力突然增加。切（qiē）削力的突然（rán）增加導致讓刀過大以及功率需求過高。上述問題因切削刃的（de）需求而變得更為複（fù）雜，精（jīng）加工時必（bì）須使用鋒利的正前角切削（xuē）刃，而粗加（jiā）工時為確保金（jīn）屬去除率，要求切削刃具有（yǒu）足夠強度。因此，考慮到切削力、切削刃切入（rù）、切屑形成、穩定性以及刀片（piàn）定位和夾緊，需要一種新（xīn）的方法來使（shǐ）用可轉（zhuǎn）位刀片。

      切（qiē）削刃上（shàng）產生的切削力

      當銑削刀具的切削刃切入工件時，猛（měng）然的撞擊將引起刀具的振動。所產生的切削力（lì）主要取決於切屑厚度，該厚度與進給成一定比例。最初誘發的刀（dāo）具振動將改變後續的切（qiē）屑厚度，隨後當切削力變化而反過來（lái）引起加工係統的振動加劇時，該厚度可能還（hái）會繼續增加。切削力的（de）方向和（hé）變動幅度在很大程度（dù）上決定了振動趨（qū）勢。此類再生振動也稱作顫振，如果不加以抑製，切削力的變化幅度就（jiù）會增大，從而使切削後的表麵粗（cū）糙度下（xià）降，產生接刀，甚至導致切削刃和刀具損壞，此外（wài）還會對機床主軸產生不利影響。

      為此，必須在切削開始時就抑製切削力的劇烈變動，從而抑製振動趨（qū）勢，這也是采用防振刀（dāo）具的主要（yào）原因。不過在許多情況下，這是通過對刀片結構參數進行優化而實現的。

      建立合乎要求（qiú）的模型(能夠準確計算（suàn）和預測切（qiē）削力)是開發新刀片槽（cáo）形的主要依（yī）據之一。隨後，高級FEM仿真給出了許多答案，涉及刃線、前角和斷屑（xiè）器的組合式設計以及刀片（piàn）後刀麵上的切削刃新特性的開發（fā）與優化。這在很（hěn）大（dà）程度上基於通過測定的模態參數（shù）而計算出的振動波形。

      刃帶的因素

      眾所周（zhōu）知，在銑削鑄鐵時，後刀麵的磨損會（huì）形成一定程度的振動阻尼。後刀麵的磨損區域（yù）與已加（jiā）工麵摩（mó）擦，吸（xī）收振動能量，從而導致（zhì）振幅衰減。從邏輯上講，該效應也應該能夠（gòu）用於（yú）抑製其他類（lèi）型的銑削（xuē）振動。該項技（jì）術所麵（miàn）臨的難點是如何合理（lǐ）地將專門設計的後（hòu）刀麵磨損帶用作主後刀麵。為了獲得正確的阻尼效應，它在刀片上的（de）位置（zhì）、角度、寬度以及用在切（qiē）削刃（rèn）上（shàng）的範（fàn）圍都需要相當精（jīng）確，並（bìng）且與刀片上的其他設計因素也應具有（yǒu）正確的關係。

      如果這種技術應用得當，起緩衝作用的後刀麵刃帶可（kě）抑製刀具變形量的增加，從而控製切屑（xiè）厚度與徑向切削力。山特維克可樂滿已獲（huò）專利的新型刀片設計的秘密在於，當刀片（piàn）有偏離工件的趨勢時（shí），其刃帶將（jiāng）在刀具開始（shǐ）向後彎曲的瞬間與工件上相應形成的已加工曲麵接（jiē）觸——從而防（fáng）止在加工（gōng）期間刀具振幅（fú）的增加。這意味著該刀片有持續（xù）的穩定效應，該效應也是切削作用的一部分。

      該技術成功（gōng）的關鍵在於（yú）主後角刃帶相對於刀片幾何構型和刀具直徑的尺（chǐ）寸和（hé）位置。然（rán）後，通過具有切削過程仿真功能的有限元分析來評估（gū）切削合力、切屑形成以及刀片中應力水平的分布。

圖3 CoroMill 790立（lì）銑（xǐ）刀CoroGrip Coromant Capto

      直徑的因素

      對於徑向切削力的影響來說，小到中等直徑（jìng）刀具剛性不好，較易發生偏斜，而大直徑刀具則（zé）比較穩定，它們對防振的要（yào）求也不一樣。此（cǐ）外還發現，進給率不是影響徑向切削力的主要因（yīn）素，在刀具不同的進給之間(通（tōng）常每齒進給量為0.25mm 和0.35mm)，徑向切削力的大小隻有很小的變化（huà）。對於（yú）典型的直徑25mm 鋁合金立銑刀，其刀片上的刃帶呈1°、0.1mm寬（kuān），並且與曲線形切（qiē）削刃完全匹配。

      鋁合金是（shì）一種具有良好（hǎo）可加工性的材料，其材料（liào）單位（wèi）切（qiē）削力約為鋼的1/3，熔點為625℃。這種低熔點（diǎn）意味著無論切削速度有多高，切削區的溫度都不會超過625℃。在出（chū）現過度磨損（sǔn）、且對切削刃的強度沒有影響之前，硬質（zhì）合金刀片（piàn）可以承受很高的溫度。

      更高的切削速度對功率的要求（qiú）也會隨之提高。事實（shí）上，鋁合金高速加工時的一個常見問題是需要很大的機床功率，這往往會導致單位功耗下金（jīn）屬去除率偏（piān）低。因此，通常要求機床在（zài）高轉速下仍能提供盡可能（néng）大的輸出功率——在高速加工鋁合金時，由於刀具（jù）的改進而使所需功（gōng）率降低是非常（cháng）有益的。新型的CoroMill 790刀片設計就（jiù）大大降低了功率要求。

      輕鬆（sōng）切入

      在銑削加（jiā）工時（shí），為了防止初（chū）始切削力的急劇增加，切削刃需要（yào）盡可能地逐步切入工件(如沿著整體（tǐ）硬質合金立銑（xǐ）刀的（de）螺旋線逐步切入)，這（zhè）將影響徑向切削力的大小、方向以及增長率（lǜ），並由此影響（xiǎng）刀具變（biàn）形以及工（gōng）件（jiàn）形狀誤差的大小。

      山（shān）特維克可樂滿發現（xiàn）通過對新型CoroMill 790刀片槽形進行設計（jì），使其能夠以更大的速度和深度進行切削（xuē），可產生有利（lì）的切入延長效應——顯著減（jiǎn）緩進入時的衝擊效應，從而使零件徑向銑削麵（miàn）的接刀誤差最小（xiǎo）化。通過加深刀片前刀麵上的斷屑槽，降低了切（qiē）削力，優化切屑成形和排屑（xiè）。這種槽形的刀-屑接觸麵更小，摩擦力更低，切削更平（píng）穩，能獲得更大的切削深度（dù）。

      盡管刀片的切削刃看上去因其（qí）更加（jiā）鋒利和斷屑槽更深而顯（xiǎn）得較（jiào）脆弱，但實際上其應力水平（píng）不會高於相對較鈍的切削刃。借助更加係統化的設計方法、更完善精密的計算、仿（fǎng）真和測試手段，可以開發出更加合（hé）理的刀片結構，切削（xuē）性能更加優異，而且足夠安全。