高速铣削加工模具之刀具的安全性法兰盘
文章来源：麻辣机械网 | 2022-11-09
高速铣削加工模具之刀具的安全性
在高速铣削加工模具中，刀具技术最关键，而且涉及面多，主要体现在刀具材料及几何参数选择、刀具的损坏与检测、刀具与机床的连接技术、刀具的安全性等问题上。 相关报道 刀具材料及几何参数选择 刀具的损坏与检测 刀具与机床的连接技术 刀具的安全性
高速铣削模具时应对铣刀提出安全性要求。试验证明，普通铣刀的结构和强度不能适应高速切削的要求。铣刀在高速旋转时，刀具的各部分承受的离心力已远远超过切削力本身的作用，成为刀具的主要载荷。当离心力达到一定的程度时，会造成刀具的变形，甚至破裂，从而造成严重的后果。因此，研究高速铣刀的安全性技术，防止由离心力引起的刀具损坏，对高速铣削模具的刀具技术有极其重要的意义。
德国在高速切削工具系统的方面研究成果为高速切削加工技术的推广应用作出了重要贡献。早在20世纪90年代初德国就开始了对高速铣刀的安全性技术研究，取得了一系列的成果，并制订了ＤＩＮ６５８９－１《高速旋转铣刀的安全性要求》标准草案，规定了高速铣刀失效的试验方法和标准，在技术上提出了高速铣刀设计、制造和使用的指导性意见，规定了统一的安全性检验方法。该标准草案已成为各国高速铣刀安全性的指导性文件。
高速铣刀的安全失效形式有两种：变形和破裂。不同类型的铣刀，其安全试验方法也不同。对于机夹可转位铣刀，一种试验方法是在1.6倍于最大使用转速下刀具的永久性变形或零件的位移不超过0.05mm；另一种试验方法是在2倍于最大使用转速下刀具不发生破裂，包括夹紧刀片的螺钉被剪断、刀片或其他夹紧元件被甩飞、刀体爆裂等。对于整体式铣刀，则必须在2倍于最大使用转速条件下试验而不发生弯曲或断裂。
结合高速铣刀安全性标准，通过有限元计算模型的分析，为适应高速铣刀的安全性要求，可从以下几个方面着手：
（１）刀具质量和刀具结构
减轻刀具质量、减少刀具系统构件数和简化刀具系统结构是提高刀具破裂极限的有效途径。比较同一直径刀具用试验求得的破裂极限与刀具质量、刀具构件数和构件接触面数间的关系，可以发现，刀具质量越轻，刀具系统构件数量和构件接触面越少，刀具破裂极限转速越高。为减小刀具质量，应根据材料抗拉强度与密度的比值以及刀具应用的转速范围选择刀体材料。目前，有采用高强度铝合金制造高速铣刀刀体。
在刀具结构上，应注意避免和减小应力集中。刀体上的槽（包括刀座槽、容屑槽、键槽）会引起应力集中，降低刀体的强度，因此应尽量避免通槽和槽底带尖角。同时，刀具的结构应对称于回转轴，使重心通过铣刀的轴线。刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙，并且要求重复定位性好。
（2）刀具（刀片）的夹紧方式
模拟计算和破裂试验研究表明，高速铣刀刀片的夹紧方法不允许采用通常的摩擦力夹紧，而要用带中心孔的刀片用螺钉夹紧，或用特殊设计的刀具结构，以防止刀片甩飞。刀座、刀片的夹紧力方向最好与离心力方向一致，同时要控制好螺钉的预紧力，防止螺钉因过载而提前受损。小直径带柄铣刀有两种高精度、高刚度的夹紧方法：液压夹头和热胀冷缩夹头。
（3）刀具的动平衡性
在高速旋转时，刀具的不平衡不仅会引起机床主轴系统振动，影响加工精度，同时还会对刀具系统产生附加径向载荷，其大小与刀具转速平方成正比。
由此可见，提高刀具的动平衡性可较大程度地减小离心力，提高高速刀具的安全性。因此，按照《高速旋转铣刀的安全性要求》标准草案要求，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应达到ISO1940－1规定的G4.0平衡质量等级以上要求。 通过对刀具材料及几何参数、刀具损坏与检测、刀具与机床的连接技术、刀具安全性四个方面分析了高速铣削淬硬模具时对刀具的要求，只有解决好高速铣削刀具这些问题，才有利于模具高速铣削加工技术的推广应用。
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