高速铣削如何选择冷却方式
高速铣削加工工艺技巧
高速铣削加工工艺技巧各种材料的高速切削技术高速切削不同材料时，其所用的切削工具、工艺方法以及切削参数均有很大不同，而且和在普通切削速度加工时的情况也有很大不同，掌握正确的高速切削工艺方法，是高速切削应用技术中的一个重要环节。
高速切削铝合金技术铝材料零件的高速加工，在20世纪80年代就已经在工业中广泛应用，经过适当冷处理的铝合金材料，强度可高达540Mpa,它的相对密度很轻，是飞机和各种航天器零部件的主要材料，也是机器和仪表零部件的常用金属。
近年来铝合金在汽车和其它动力机械中的应用也逐渐增多。
加工轻合金的优势主要在：切削力和切削功率小，大约比切削钢件小70%；切削短、不卷曲，因而在高速加工中易于实现大量切屑的排屑自动化，刀具磨损小，用硬质合金、多晶金刚石等刀具在很高的转速下切削铝合金材料，可以达到很高的刀具寿命；加工表面质量高，仅采用少量的切削液、在近乎干切的情况下不用再经过任何加工或手工研磨，零件即可得到很高的表面质量；可采用很高的切削速度进行加工，切削速度可高达1000-20000/min，高速加工95%以上切削热被切屑迅速带走，工件可保持室温状态，热变形小，保证了加工的高精度。
如瑞士米克朗的高速铣HSM400在2003年北京国际机床展上加工的一个薄壁铝件，厚度为0。
1mm，高度为25mm，进刀速度高达20000/min，而且保证了良好的尺寸精度和几何精度。
高速铣削钢技术近年来,高速加工开始用于钢的精加工,特别是加工形状复杂的零件,高速切削可以大大提高生产率,高速铣削钢和铝合金有所不同，主要问题是刀具的磨损，优化切削参数的目的不仅仅为了提高金属切除率，而且更注重于降低切削力，提高工件表面质量、尺寸精度和形状精度以及减少刀具磨损。
钢材的高速铣削技术高速铣削钢材时，刀具要用更锋利切削刃和较大的后角，这样可以减少切削时的刀具磨损提高刀具的使用寿命，刀具参数也应当随着进给速度的变化而变化。
当进给速度增加时，刀具的后角要减小；进给速度对刀具的前角的影响相对比较小。
高速切削及其关键技术
高速切削及其关键技术摘要自20世纪30年代德国 Carl Salomon博士首次提出高速切削概念以来，经过50年代的机理与可行性研究，70年代的工艺技术研究，80年代全面系统的高速切削技术研究，到90年代初,高速切削技术开始进入实用化，到90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现，21世纪初,高速切削技术在工业发达国家得到普遍应用,正成为切削加工的主流技术。
根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5－10倍的切削加工。
因此，根据加工材料的不同和加工方式的不同,高速切削的切削速度范围也不同.高速切削包括高速铣削、高速车削、高速钻孔与高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削.目前，加工铝合金已达到2000－7500m/min；钛合金达150－1000m/min;纤维增强塑料为2000－9000m/min。
高速切削是一项系统技术,企业必须根据产品的材料和结构特点，购置合适的高速切削机床,选择合适的切削刀具，采用最佳的切削工艺，以达到理想的高速加工效果。
高速切削是一项先进的、正在发展的综合技术,必须将高性能的高速切削机床、与工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合,充分发挥高速切削技术的优势。
高速切削技术已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。
高速切削较之常规切削是一种创新的加工工艺和加工理念。
本文分析了高速切削技术的特点,研究了高速切削的关键技术:机床技术、刀具技术和工艺技术,介绍了高速切削技术在航空航天和汽车制造等领域的发展及应用.关键词：高速切削 ;机床；刀具 ;切削工艺一.引言机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。
在机械加工技术中,切削加工是应用最广泛的加工方法。
近年来，高速切削技术蓬勃发展,已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。
在数控机床出现以前,用于工件上下料、测量、换刀和调整机床等的辅助时间超过工件加工总工时的70％；以数控机床为基础的柔性制造技术的发展和应用,大大降低了工件加工的辅助时间，切削所占时间比例越来越大。
12. CNC机台加工工件冷却方法选择(依工件材质,刀具涂层分气冷及水冷)
三.
高速加工
高速加工的特點就是切削量切削深度不高,刀具 切削速度轉速高以及進給快.此時切屑會背以極 高的速度切下并且迅速的脫離工件以及刀具,使 絕大部分熱量還來不及傳導至刀具及工件就會由 切屑迅速帶走.
不同材質冷卻方法選擇
非 金 屬 軟 材 素 材
硬 材
THE END
趙瑞錦
2007.6
CNC加工工件冷卻方法選擇
使用切削劑的目的
切削劑必須具備的性質 干式切削
濕式切削
不同材質冷卻方法選擇
使用切削劑的目的
減少切屑,刀具及工件的摩擦阻力 減少切屑堆積造成粘附刀刃之形成 沖除切屑離開工作區 降低切削溫度 增加刀具壽命 增進工件之表面光பைடு நூலகம்度
切削劑必須具備的性質
不防妨礙人體健康與安全. 具有良好的冷卻效果. 具有良好的潤滑性. 不揮發,不起泡沫. 不損壞機器,工件及刀具 高溫時,不會燃燒著火
干式切削
一.環保 近年來因為環保意識的抬頭,間接 影響到機械加工切削,包括刀具以及工作母機 的作業方式都受到相當沖擊和影響.為了降低 耗能,改干式切削或以霧化氣體作潤滑切削,以 避免切削后處理及拋棄污染.
濕式切削
一.水溶性切削劑 為能達到有效的冷卻效果,故液體切削 劑應具有高的比熱,蒸發熱及高的熱傳導 率等,因此水為最佳的冷卻劑,不過水會使 工件,刀具以及機器生鏽且無潤滑作用,故 以冷卻為主要目的,常用之水溶性切削劑 分為水溶性切削劑,乳化切削劑以及化合 合成劑.
高速切削中的冷却与润滑技术
高速切削中的冷却与润滑技术在高速切削过程中，刀/工摩擦接触区的高温、高压、高频冲击等对刀具性能提出了严峻考验。
尤其在高速切削具有高硬、高强、耐高温特性的难加工材料时，由于高切削温度和摩擦导致刀具急剧磨损往往是制约高速切削应用的商定性因素。
因此，加工中良好的冷却和润滑是难加工材料高速切削对切削介质的关键条件。
虽然湿式切削具有较好的冷却与润滑性能，但在高速切削时往往会加大铣刀刃在切入切出过程的温度变化，产生热疲惫，降低刀具寿命和牢靠性，此外还有环境污染等问题。
在不使用切削液的条件下通过优化刀具材料与结构能在肯定程度上提高难加工材料的加工效率，然而切削液的冷却、润滑、排屑等功能无法弥补，可能严峻影响加工质量、切削效率和刀具寿命。
如何选用合理有效的冷却润滑方式，以改善刀/工摩擦状态和抑制刀具磨损，从而提高加工质量和加工效率，是推广应用高速切削技术时必需考虑的重要技术要素。
高速切削对切削介质的性能要求切削介质冷却性能的好坏，首先取决于切削介质自身的性质，如导热系数、比热容、汽化热、汽化速度等，其次取决于切削介质的作用方式，如喷射流量、喷射速度、喷射角度及喷射靶距等因素。
气体介质的冷却性能远低于液体介质，但高速切削也要考虑过度冷却带来的刀具热疲惫失效问题，以及如何使切削介质进入刀/屑/界面和刀/工界面有效冷却等问题。
一般湿式切削由于切削介质进入问题和剧烈的热冲击，刀具磨损往往会加剧，故高速切削难加工材料多采纳低温风冷、低温微量润滑等干式、准干式切削方式。
多数状况下采纳切削介质的最主要目的，是利用该介质的减摩润滑性能，以改善刀具/工件接触区的摩擦接触状况，从而提高刀具的使用寿命。
图1为不同换热系数下采纳WC-Co硬质合金高速正交切削TC4钛合金时的刀具前刀面集中分布曲线。
由于换热系数的转变对刀具前刀面平均温度有肯定的影响，但对于切屑形成以及刀具前刀面的最高温度（靠近切削刃口处）几乎没有影响。
因此，在距离刃口四周最高温度区域的集中磨损变化不大，中间部位的集中磨损随换热系数的提高而降低。
淬硬不锈工具钢高速铣削工艺
通过在整 车平 台上 对该轿 车 的主要 吸能结构进 行改 进设
பைடு நூலகம்
计， 并对碰撞仿真结果 进行 了对 比分析及试验 验证 ， 明了， 证 对 吸能结构所作 的改进使汽车碰撞安全性得到 了有效改善 ，探索 出了一条能够改善汽车正面撞击 的结构耐撞性 的有效途径 。
参 考 文献
１柴晓磊． 白车身撞压变形特性对乘员伤害指标影响 的仿真分析 ： 轿车 【 硕士学位论文】 ． ： 长春 吉林大学 ，０５ ５ ４ ２０ ： ￣ １ ２ ２宋宏 伟 ， 赵桂范 ， 星文． 杜 提高汽车耐撞性 的能量 吸收结构撞击 吸能特 图 ７ 汽车正 面碰撞仿真结果
维修费用 、 高寿命 。 该钢种在塑胶模具的生产中得 到广泛使用。 去量较大且不均匀 ， 保证不 了型腔深度要求。 模具型腔加工时采
１ 刀具选择及加 工方 案分析
零 件的结构 ， 如图 １ 所示 ， 型腔深度为 ２ ｍｍ， 型腔侧壁具有
来稿 日 ：０ ７ ０ － ７ 期 ２０－９０
取软加工与硬加工相结合的方法 ， 淬火前的粗 加工 、 半精加工为
加 工淬硬模具时 ， 正确选择铣刀很重要 。 常用 的为以下 三类 的切 削力 比气体冷却时产生 的切 削力小 ，而且油液还能减缓刀 因此 ， 加工时选择油雾冷却 。 铣刀： 球头铣刀 、 圆角平头铣刀和尖角平 头铣 刀。 通常 ， 首选 刀具 具 的磨损 。
是球头立铣刀 ，球头 的大 圆弧形状可以分散高速加工 淬硬 金属
维普资讯
机 械 设 计 与 制 造
一
第 ６期
２０ ０ ８年 ６月
ｌ ０８ 一
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ
＆
Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕｅ
高速铣削加工讲解
4）行切的端点采用圆弧连接，避免直线连接；
高 5）应尽量避免全力宽切削；
速 6）残余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般应采用
铣 多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工，直至达到所需尺寸，避
削
免用小刀一次加工完成；
加
7）刀具轨迹编辑优化功能非常重要，应避免多余空刀，可通过对刀 具轨迹的摄像、复制、旋转等操作来避免重复计算；
是二十世纪九十年代迅速走向实际应用的先进加
工技术 。
高 高速铣削可用于铝合金、铜等易切削家属和淬 速 火钢、钛合金、高温合金等难加工材料以及碳纤 铣 维塑料等非金属材料。 削 在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于 加 HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加 工 工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零
23
数 控
5.3 刀杆结构
加 工
技 高速铣削刀具，分为整体式和机夹式两类。
术
当机床最高转速达到15000 转/分时，通常
需要采用HSK 高速铣刀刀杆，或其他种类的
高 短柄刀杆。
速
铣
削
加
工
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数 控
刀杆夹紧刀具的方式
加 工
技 有侧固式、弹性夹紧式（a）、液压夹紧式
术 (b)和热膨胀式(c)等。侧固式难以保证刀具
工 （5）每齿进给量为常数可达到最好的表面
加工质量。
18
数 控
高速铣削的工艺特点：
加
工
技
（1）很窄的公差带；
术
（2）浅切削；
（3）高的切削速度（达到机床极限）；
高
（4）用斜坡和螺旋式进刀；
速
（5）大量采用分层切削；
高速切削(HSM)技术
高速切削(HSM)技术
一、高速切削的原始定义 1931年，德国切削物理学家萨洛蒙博士提出了一个假设，即同年申请 了德国专利（Machine with high cutting speeds）的所罗门原理：被加 工材料都有一个临界切削速度V0，在切削速度达到临界速度之前，切削温 度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的 5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削 速度增大而减小。 切削塑性材料时，传统的加工方式为“重切削”，每 一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但进给速度低，切削力大。实践证 明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状演化，所需单位 切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻 快，两者的机理也不同。
4、高速切削的CAM系统软件 高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切 削刀具，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。一个优秀的高速加工 CAM编程系统应具有很高的计算速度，较强的插补功能，全程自动过切检查及 处理能力，自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能，进给率优化处理功能，待加 工轨迹监控功能，刀具轨迹编辑优化功能，加工残余分析功能等等。数控编程 可分为几何设计（CAD）和工艺安排（CAM），在使用CAM系统进行高速加 工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采 用的编程策略就成为了关键。一名出色的使用CAD/CAM工作站的编程工程师 应该同时也是一名合格的设计与工艺师，他应对零件的几何结构有一个正确的 理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念。首先要注 意加工方法的安全性和有效性；其次要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这 会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后要尽量使刀具载荷均匀， 这会直接影响刀具的寿命。 另外，在国内外众多的CAD/CAM软件中并不是都适用于高速切削数控编 程。这其中比较成熟适用于高速加工编程的有：英国DelCAM公司的PowerMill 软件模块，日本Makino公司的FFCUT软件（其FF加工模块已集成到美国UGS公 司的CAM软件中），以色列的Cimatron软件，美国PTC公司的Pro/ENGINEER 软件，国内北航海尔华正软件有限公司的CAXA-ME软件等。
高速铣削加工技术
高速铣削加工技术，具有许多优秀的特点，如可以获得很光滑的表面质量，容易实现零件的精细结构的加工而避免了大量电极制造和耗时的放电加工，可以有效地对高硬度材料进行加工，特别是可以实现脆性材料和薄壁零件的加工等。
同时简化了生产的工序，使绝大多数的工作都集中在高速加工中心上完成。
使用高速加工技术，不仅要有适合高速加工的设备-高速加工中心，还要选择适合进行高速加工的刀具。
另外采用适合高速加工的编程策略也至关重要。
一、高速加工编程时主要关心的问题采用高速铣削加工编程的原则主要与数控加工系统，加工材料，所用刀具等方面有关。
使用cam系统进行数控编程时，刀具选择、切削用量以及选择合适的加工参数可以根据具体情况设置外，加工方法的选择就成为高速加工数控编程的关键。
如何选择合适的加工方法来较为合理、有效地进行高速加工的数控编程，需要考虑的问题主要与以下几个方面相关：（1）由于高速加工中心具有前视或预览功能，在刀具需要进行急速转弯时加工中心会提前进行预减速，在完成转弯后再提高运动速度。
机床的这一功能主要是为了避免惯性冲击过大，从而导致惯性过切或损坏机床主轴而设置的。
有些高速加工中心尽管没有这一功能也能较好地承受惯性冲击，但该情况对于机床的主轴也是不利的，会影响主轴等零件的寿命。
在使用c am进行数控编程时，要尽一切可能保证刀具运动轨迹的光滑与平稳。
（2）由于高速加工中，刀具的运动速度很高，而高速加工中采用的刀具通常又很小，这就要求在加工过程中保持固定的刀具载荷，避免刀具过载。
因为刀具载荷的均匀与否会直接影响刀具的寿命、对机床主轴等，在刀具载荷过大的情况下还会导致断刀。
（3）采用更加安全和有效的加工方法与迅速进行安全检查校验与分析。
二、高速加工编程采用的编程策略1、采用光滑的进、退刀方式。
在cimatron系统中, 有多种多样的进、退刀方式，如在走轮廓时，有轮廓的法向进、退刀，轮廓的切向进、退刀和相邻轮廓的角分线进、退刀等。
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高速铣削如何选择冷却方式
作者：佚名来源：Internet浏览次数：84
随着绿色制造技术在切削加工中的应用，在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取代切削液冷却已成为一种不错的选择。
但是，对于具体的高速铣削加工任务，选用何种冷却方式更为恰当，则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡，以获得最佳的加工效果。
以下是选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。
1 工件材料的硬度
如果工件材料的硬度≥42HRC，选择压缩空气冷却通常可获得更佳的效果。
高速铣削高硬度材料的加工特点为：①切削温度很高；②切屑在冷作硬化作用下会变得比母体材料更硬。
切削此类材料时，如果采用切削液冷却，可能会使刀具承受间歇性升温－冷却造成的热冲击，温度的剧烈变化容易引起硬质合金切削刃碎裂。
反之，如果采用压缩空气冷却，不仅可使刀具温度保持恒定，而且可将切屑吹离切削区，避免因高硬度切屑的二次切削(re-cutting)作用对刀具造成损坏。
2 工件材料的种类
如果工件材料的硬度<42HRC，则应根据工件材料的种类确定选用何种冷却方式。
在高速铣削粘性材料(如铝、软性不锈钢等)时，通常需要选用切削液冷却。
切削液可对刀具起到润滑作用，且可使切屑易于向上滑出容屑槽并与刀具后角分离。
而在高速铣削大多数模具钢(如P20，H13，S7，NAK55，D2等)时，压缩空气冷却可能是正确的选择。
如果在加工中发现工件材料与刀具发生粘连现象，则可能提示需要采用切削液；但也可能提示需要选用不同的刀具涂层。
3 刀具涂层
氮碳化钛(TiCN)涂层和氮铝钛(TiAlN)涂层是高速铣削模具钢时最常用的两种刀具涂层。
球头铣刀在低于245m/min(800sfm)的切削速度下铣削硬度小于42HRC的工件材料(或圆铣刀在低于600sfm的切削速度下铣削相同材料)时，刀具采用TiCN涂层较为合适。
如果被加工材料的硬度或切削速度高于上述切削参数范围，则最好选用TiAlN涂层。
TiCN涂层对切削液冷却具有很好的适应性。
虽然切削温度的剧烈变化仍有可能引起硬质合金切削刃碎裂，但在上述切削参数范围内进行加工，一般不会产生足以引起热冲击危险的切
削高温。
反之，高温切削性能较好的TiAlN涂层不太适合切削液冷却。
这种涂层在进行高温切削时，可在涂层外表面形成一层坚硬而光滑的氧化铝层，有助于提高刀具的切削性能。
(事实上，美国Millstar公司开发的“Exalon”TiAlN涂层的高温切削性能更为先进，这种TiAlN涂层的外面又增加了一层固体润滑层，可使切屑更易于沿着刀具切削刃滑离。
)
石墨电极工件的铣削加工对刀具涂层的要求一般不太严格，选用TiAlN涂层或金刚石涂层均可。
虽然这两种涂层采用压缩空气冷却即可获得很好的切削效果，但许多加工车间仍然愿意使用切削液，这是因为切削液有助于清除加工中产生的粉尘。
4 表面光洁度要求
用球头铣刀进行高速铣削时，为了获得较高的工件表面光洁度，可能需要采用切削液冷却。
由于球头铣刀端部的切削速度为零，采用切削液可起到很好的润滑作用。
当用典型的球头铣刀进行微进给精铣加工时，位于铣刀端部低速切削区域的工件材料可能会卡在“横刃(web)”内。
处于红热状态的残留材料被刀具拖曳着划过工件，并可能熔焊在工件表面，从而破坏工件的表面光洁度。
(为解决这一问题，某些具有球形轮廓的机夹刀片式铣刀，如美国Millstar 公司的“Super Finisher”刀片，可通过改进刀片的设计消除这种“横刃”。
)切削液通过对刀具和工件的润滑作用，可以减小切屑熔焊现象的影响，获得较高的表面光洁度。
基于这种考虑，即使在使用TiAlN涂层刀具的加工场合，也应采用切削液冷却方式。
虽然刀具寿命可能因此而缩短，但有时为了达到表面光洁度要求，有必要牺牲部分刀具寿命。