HSC 铣削 (高速铣削) - 高速成功
HSC 铣削（换句话说，高速铣削）在 CNC 加工中具有巨大的潜力，因为它确保了更短的生产时间，更高的生产率和更高的质量。 在这里，我们将更详细地介绍 HSC 铣削，并阐明以下问题：
HSC 铣削的挑战
HSC 铣削过程中最大的问题之一是振动的产生。它们是如何产生的？由于每个能够振动的系统（轴，支架）都具有固有频率，因此在受到振动（敲打，弯曲）时，它会继续振动，直到由于阻尼损耗（音叉）或瞬间相等的负频率而停止。 但是，如果外部振动以规则的间隔发生，并且该振动频率也处于系统自然振动的大致相同频率范围内，则这两个频率会叠加。 这就是所谓的共振情况 → 系统开始反弹（振动）。
铣削过程中的振动有什么后果？
- 切削深度 ap 不能保持恒定 → 表面粗糙，波浪状
- 没有稳定的尺寸精度
- 大大减少了刀具寿命
- 切削刃破损
- 可能导致工件夹持松动
- 机床导轨和轴承上的应力过大
HSC 铣削的优势
- 由于极高的金属去除率，因此不再需要粗加工
- 极佳的表面质量 < 0.001 mm (Ra) → 磨削表面
- 主要加工时间缩短最高 50%
- 刀具固有频率高，因此无振动加工 → 消除了振动
- 由于热量被切屑带走，因此不会因热应力而导致刀具变形
- 极具成本效益
切削速度取决于被加工材料
纤维增强复合塑料
铝
青铜，黄铜
铸铁
钛合金
镍基合金
- 常规范围
- 过渡范围
- HSC 范围
最大的运行数据以最大程度地降低风险
* 刀具直径 mm
- GW 标准
- EN ISO 15641 标准
加工温度
软铝
有色金属
青铜
铸铁
钢
当进行 HSC 加工时，切屑的温度耗散是一个主要问题。 上图表述了单个材料的温度关系。
确定 HSC 铣削的最佳切削参数
通过我们的测试，磨损速度在大约 600 m/min的切削速度下增加。根据一系列的测试，Z=2 和 Z=4 的球头铣刀的切削速度上限在 580 m/min。
在进行 HSC 铣削时合理的切削宽度选择会显着延长刀具寿命。当进行 HSC 铣削时，很明显的是，以较小的切削宽度进行加工，比希望获得与粗铣削一样的尽可能高的去除率更好。这不是通过切削宽度来实现，而是通过可以达到的最大切削速度来实现。
折旧 - 是否值得购买带有高速主轴的机器？
折旧对比显示，尽管具有高速主轴的铣床的采购成本较高，但加工却更便宜，因为它更具成本效益。
特别是适合灵活地生产中等批量工件的小型企业，可以从 HSC 加工中获益匪浅。 平均节省了50％的时间，这也节省了约 25％–27％ 的生产成本。
HSC 铣削的应用指南
HSC 铣削或钻削策略必须根据材料来定。显然，铝的 HSC 切削速度范围必须与钢或特殊材料的切削速度范围不同。在这种情况下，切削速度的限制必须与常规铣削进行比较。
应当注意的是，当切削速度增加时，切削力首先显著减小，然后又显著增加。
还应注意的是，对于约 130,000 m/min 极高的切削速度，磨损成比例增加。 但是，如果您保持在最大切削速度 5000 m/min 范围内，侧面磨损首先取决于材料而显著增加，然后保持一段时间。
同样令人感兴趣的是，当切削速度增加时，被动力（对铣刀力的反作用力）可以降低多达70％。 对于具有极薄壁轮廓的情况尤其如此，以实现近乎磨削的表面。
在铝加工中，似乎在 3100 至 4700 m/min 的切削速度下显示出特定的金属去除率最大值。 金属去除率大约提高 35％，还可以生产出平均表面光洁度为 1μm 的表面。 然而，最佳值明显取决于合金材料。
针对材料的正确刀具选择
铝合金的 HSC 铣削
在加工铝时，需要具有大容屑腔的螺旋刀具。 2刃铣刀，约 45°螺旋角是最佳的。 刀具的前角应为 15°–20°，径向后角应为 10°–12°。如果使用主轴功率较小，进给量较小或槽较深的机床，则最好使用单刃螺旋刀具。 平均切削速度约为 2000 m/min 的刀具寿命很容易达到 500 m。
铜的 HSC 铣削
在加工铜和铜合金时，应使用与加工铝时相同的工具。 每个齿的进给速度值在 0.02 至 0.4 mm之间，具体取决于合金成分。
纯铜仅应使用精密研磨的刀具切削刃铣削，以防止形成积屑瘤。
在这种情况下，顺铣优于逆铣。然而，在此使用陶瓷工具是有利的，因为可以使用高达十倍的更高的切削速度。
纤维增强复合塑料
在加工纤维增强塑料时，HSC 加工是理想的选择，因为当切削速度增加时，切削力会显著降低，并且高进给速度会抵消边缘区域的层压。 通过去除切屑的切削能量，可使基础材料承受最小的热应力。
CFK 和 GFK 材料
在可能的情况下，机加工应采用逆铣铣削，并在纤维上进行，而不是与纤维平行。 然而，仅多晶金刚石工具只能提供令人满意的良好结果。 优化的切削速度大约 vc = 4500 m/min 和 vf 至 30 m/min. 刀具大约带有 5°前角以及径向后角 10°。
AFK 材料
由于必须将切穿力传递到纤维，因此最好使用锋利的刀具切削刃和类似于轻金属加工的几何形状。可以归类为 ISO K 类的刀具可提供最佳结果。最佳加工范围是 2000 m/min 至 3000 m/min 的切削速度和
10 m/min 至 15 m/min 的进给速度。
钢
使用高速铣削钢时，切削速度为 750 m/min时，刀具寿命为
20–25 m。 使用ISO P 类的整体硬质合金铣刀可以达到 500 m/min 至 1500 m/min的切削速度范围。特别是对于模具生产和刀具制造而言，在横向铣削过程中通常以球形切削刃的几何形状生产复杂的形状，在此过程中，HSC 铣削被证明是成功的。
在这里，高进给速度和切削速度确保了巨大的时间和表面质量的改善。 已经显示出，在前角恒定（0°）且径向后角增加和进给增加的情况下，刀具寿命得到了改善。
最佳的径向后角稳定在大约 12°–20°。出于稳定性的原因，直槽刀具带导向或中心切削已被证明是刀具和模具生产的理想选择。 目的是实现 0.3 至 0.7 mm 的进给，顺铣和
干式切削，从而切削速度在 500 m/min 至 1500 m/min之间。
铸铁
可以使用整体硬质合金刀具加工铸铁，前角应为 0°至 6°，径向后角为 12°。 刀具必须带有涂层。重要的是要确保缓和的切进和切出材料下而在涂层上形成的梳状裂纹和横向裂纹的发生率保持在最低限度。
切削速度为 1000 m/min ，例如对于 GG25，金属去除率可以增加十倍。每个切削刃的刀具寿命约为 20 m，并且表面类似于磨削质量。 如果进给量相对较高则可以延长刀具寿命，例如每齿进给量大约 0.3 至 0.4 mm。
石墨
在加工石墨时，不仅有利于低切削力，而且有利于粉状切屑材料。 切屑材料应从加工过程中完全并尽可能快地清除，因为刀具寿命主要取决于切屑粉末的排出。 为了抵消金刚砂效果，我们的石墨铣刀表面镀有金刚石。
这种超硬涂层可最佳地抵消磨料磨损，从而延长了刀具寿命。 为了改善切屑清除，加工应采用顺铣。
HSC 与常规铣削的对比
示例
| HSC 铣削 (红色) |
常规铣削 (绿色) | |
|---|---|---|
| 刀具 | 整体硬质合金，Ø 3.0 mm 2刃 | |
| 加工任务 | 槽 3 mm x 700 mm x 6 mm | |
| 切削次数 | 3 | 3 |
| 每齿 进给 (mm) |
0.03 | 0.03 |
| 转速 (rpm) | 80,000 | 5,000 |
| 切削速度 | 753 | 47 |
| 进给 (mm/min) |
4,800 | 300 |
| 刀具寿命 (m) | 25 | 37 |
| 主加工时间 (s) | 25.8 | 421.8 |
