高速銑削工藝在汽車、飛機和模具制造業中應用廣泛。由于銑刀高速旋轉時刀具各部分承受的離心力已遠遠超過切削力本身的作用而成為刀具的主要載荷,而離心力達到一定程度時會造成刀具變形甚至破裂,因此研究高速銑刀的安全性技術對發展高速銑削技術有著極其重要的意義
標準草案規定了高速切削的速度界限,超過該速度后離心力將成為銑刀的主要載荷,采用安全技術。在刀具直徑與高速切削范圍關系圖,曲線以上區域為該標準規定的銑刀經過安全檢驗的高速切削范圍:對于直徑d1≤32mm的單件刀具(整體或焊接刀具),其切削速度超過10000m/mm為高速切削范圍;對于直徑d1>32mm的裝配式機夾刀具,高速切削范圍為線段BC以上區域。高速銑刀的安全失效形式有兩種:變形和破裂。不同類型銑刀的安全試驗方法也不同。對于機夾可轉位銑刀,有兩種安全試驗方法:一種方法是在1.6倍大使用轉速下進行試驗,刀具的性變形或零件的位移不超過0.05mm;另一種方法是在2倍于大使用轉速下試驗,刀具不發生破裂(包括夾緊刀片的螺釘被剪斷、刀片或其他夾緊元件被甩飛、刀體的爆裂等)。而對于整體式銑刀,則在2倍于大使用轉速條件下試驗而不發生彎曲或斷裂
刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素,對于加工效率、加工質量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,沖擊韌性越低,材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾,也是刀具材料所應克服的一個關鍵。對于石墨刀具,普通的TiAlN涂層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的,也就是鈷含量稍高一點的;對于金剛石涂層石墨刀具,可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的,也就是鈷含量稍低一點的
石墨刀具選擇合適的幾何角度,有助于減小刀具的振動,反過來,石墨工件也不容易崩缺;1.前角,采用負前角加工石墨時,刀具刃口強度較好,耐沖擊和摩擦的性能好,隨著負 前角值的減小,后刀面磨損面積變化不大,但總體呈減小趨勢,采用正前角加工時,隨著前角的增大,刀具越鋒利,但刀具刃口強度被削弱,反而導致后刀面磨損加劇。負前角加工時,切削阻力大,增大了切削振動,采用大正前角加工時,刀具磨損嚴重,切削振動也較大。一般粗加工應選擇較小前角刀具或負前角刀具。2.后角,如果后角的增大,則刀具刃口強度降低,后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大后,切削振動加強。后角越小,彈性恢復層同后刀面的摩擦接觸長度越大,它是導致切削刃及后刀面磨損的直接原因之一。從這個意義上來看,增大后角能減小摩擦,可以提高已加工表面質量和刀具使用壽命。3.螺旋角,螺旋角較小時,同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長長,切削阻力大,刀具承受的切削沖擊力大,因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是大的。當螺旋角去較大時,銑削合力的方向偏離工件表面的程度大,石墨材料因崩碎而造成的切削沖擊加劇,因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。因此,刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產生的,所以在選擇方面一定要多加注意。通過對石墨材料的加工特性做了大量的科學測試,PARA刀具優化了相關刀具的幾何角度,從而使得刀具的整體切削性能大大提高。
金剛石涂層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系數低等優點,現階段金剛石涂層是石墨加工刀具的選擇,也能體現石墨刀具的使用性能;金剛石涂層的硬質合金刀具的優點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質合金的強度及斷裂韌性;但是在國內金剛石涂層技術還處于起步階段,還有成本的投入都是很大的,所以金剛石涂層暫時不會有太大發展。不過我們可以在普通刀具的基礎上,優化刀具的角度,選材等方面和改善普通涂層的結構,在某種程度上是可以在石墨加工當中應用的。金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質的區別,所以在設計金剛石涂層刀具時,由于石墨加工的特殊性,其幾何角度可適當放大,容削槽也變大,也不會降低其刀具鋒口的耐磨性;對于普通的TiAlN涂層,雖然比無涂層的刀具其耐磨有顯著的提高,但比起金剛石涂層來說,在加工石墨時它的幾何角度應適當放小,以增加其耐磨性。刀具表面處理技術又有了新發展,移動菠菜發布的國外新消息:利用固態的納米結構硼原子團對刀具表面進行改性處理,可較大幅度提高刀具壽命。對金剛石涂層來說,世界上眾多的涂層公司均投入大量的人力和物力來研究開發相關涂層技術,但是為止,國外成熟而又經濟的涂層公司僅于歐洲;PARA作為一款的石墨加工刀具,同樣采用世界的涂層技術對刀具進行表面處理,以確保加工壽命的同時,刀具的經濟實用。
刀具刃口鈍化技術是一個還不被人們普遍重視,而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨后的硬質合金刀具刃口,存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸口)。石墨高速切削加工刀具性能和穩定性提出了更高的要求,特別是金剛石涂層刀具在涂層前經過刀口的鈍化處理,才能涂層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷,使其鋒值減少或消除,達到圓滑平整,既鋒利堅固又耐用的目的