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高速切削(HSM)的定義是什麼？

回答︰對于高速切削的討論在一定程度上仍是混亂的。如何定義高速切削（HSM），目前有許多觀點和許多方法。
讓我們看一下這些定義中的幾個︰

‧ 高切削速度切削
‧ 高主軸速度切削
‧ 高進給切削
‧ 高速和高進給切削
‧ 高生產率切削

我們對高速切削的定義描述如下︰

‧ HSM不是簡單意義上的高切削速度。它應當被認為是用特定方法和生產設備進行加工的工藝。
‧ 高速切削無需高轉速主軸切削。許多高速切削應用是以中等轉速主軸並採用大尺寸刀具進行的。
‧ 如果在高切削速度和高進給條件下對淬硬鋼進行精加工，切削參數可為常規的4到6倍。
‧ 在小尺寸零件的粗加工到半精加工、精加工及任何尺寸零件的超精加工中，HSM意味著高生產率切削。
‧ 零件形狀變得越來越複雜，高速切削也就顯得越來越重要。
‧ 現下，高速切削主要應用于錐度40的機床上。

高速切削的目的是什麼？

回答︰高速切削的主要目標之一是透過高生產率來降低生產成本。它主要應用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具鋼。另一個目標是透過縮短生產時間和交貨時間提升整體競爭力。
達到這些目標的主要原素為︰
‧ 一次（更少此數）裝夾的模具加工。
‧ 透過切削改善模具的幾何精度，同時可減少手工勞動和縮短試模時間。
‧ 使用CAM系統和面向車間的編程來幫助製定工藝計畫，透過工藝計畫提升機床和車間的利用率。

如何正確選擇銑刀？

回答︰ 選擇銑刀時，最好先選擇產品文檔質量較好的製造商所生產的銑刀。刀具製造商的產品目錄通常將特殊工件材質（軟鋼、淬硬鋼、鋁、石墨等）和適用的生產步驟 （粗銑、半精銑、精銑）的銑刀分別列出來。銑刀的幾何形狀（平頭、球頭或圓頭、槽長、軸長、錐形等）需要根據工件的幾何形狀選擇，也需要根據CAM系統所 做的工件幾何形狀分析選擇。好的CAM系統具有銑刀選擇工具，並能檢查銑刀與刀架側和與工件側的干涉情況。

採用HSM工藝後，刀具的成本會如何的改變？

回答︰ 使用銑刀的成本會明顯增加。一方面，全涂碳化物的銑刀比HSS銑刀要貴得多；而另一方面，如果將非全涂碳化物的銑刀或涂碳化物的刀片用于加工淬硬鋼，其工作工作壽命將較短。而且，全塗碳化物的銑刀一般無法磨刀。

如果在粗銑和半精銑加工中使用相對便宜的、可更換的碳化物刀片能在一定程度上化解這種兩難的狀況。

然而，將銑刀的成本獨立于整個製造工藝的看問題角度並不能充分的反應成本結構。

HSM的優點體現下其加工時間短和成本低，這能縮短生產時間、非生產時間和準備時間，可能還可以取消一些加工步驟、提升表面光潔度、減少手工精加工的工作量和提升精度等。為此，應將銑刀的成本作為整體成本的一部分來看待。

高速切削對切削刀具的典型特性或要求有哪些？

回答︰整體硬質合金︰

• 高精度磨削，徑向跳動低于3微米。
• 儘可能小的凸出和懸伸，最大的剛性，儘可能小的刀具彎曲變形和大的芯核直徑。
• 為了使振動的風險、切削力和彎曲儘可能小，切削刃和接觸長度應儘可能短。
• 超尺寸、錐度刀柄，這在小直徑時特別重要。
• 細晶粒基體和為了得到高耐磨性的TiAlN 涂層。
• 用于風冷或冷卻液的內冷卻孔。
• 適合淬硬鋼高速切削要求的堅固微槽形。
• 對稱刀具，最好是設計保證平衡。

使用可轉位刀片的刀具︰

• 設計保證的平衡。
• 在刀片座和刀片上的保證跳動量小的高精度，主刀片的最大徑向跳動為10微米。
• 適合淬硬鋼高速切削要求的牌號和槽形。
• 刀具體上有適當的間隙，以避免刀具彎曲（切削力）消失時產生摩擦。
• 送風或冷卻液的冷卻孔（立銑刀）。
• 刀具體上標明允許的最大轉速.

影響材料可切削性的首要元素是什麼？

回答︰
鋼的化學成分很重要。 鋼的合金成分越高，就越難加工。 當碳含量增加時，金屬切削性能就下降。
鋼的架構對金屬切削性能也非常重要。 不同的架構包括︰ 鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋製的和已切削加工過的。 鍛件和鑄件有非常難于加工的表面。
硬度是影響金屬切削性能的一個重要原素。 一般規律是鋼越硬，就越難加工。 高速鋼（HSS）可用于加工硬度最高為330-400 HB的材料；高速鋼+鈦化氮（TiN）涂層，可加工硬度最高為45 HRC的材料； 而對于硬度為65-70 HRC的材料，則必須使用硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼（CBN）。
非金屬參雜一般對刀具壽命有不良影響。 例如Al2O3 （氧化鋁），它是純陶瓷，有很強的磨蝕性。
最後一個是殘餘應力，它能引起金屬切削性能問題。 常常推薦在粗加工后進行應力釋放工序。

如何看待切削策略在模具製造的生產成本？

回答︰簡單地說，模具製造的成本的分佈情況如下︰
切削 65％
工件材料 20％
熱處理 5％
裝配/調整 10％
因此可以非常清楚地看出來良好的金屬切削性能和優良的總體切削解決方案對模具的經濟生產的重要性。

鑄鐵切削的要考慮什麼？

回答︰
一般來說，它是︰鑄鐵的硬度和強度越高，金屬切削性能越低，從刀片和刀具可預期的壽命越低。用于金屬切削生產的鑄鐵其大部分類型的金屬切削性能一般都很好。

金屬切削性能與架構有關，較硬的珠光體鑄鐵其加工難度也較大。片狀石墨鑄鐵和可鍛鑄鐵有優良的切削屬性，而球墨鑄鐵相當不好。

加工鑄鐵時遇到的主要磨損類型為︰

磨蝕、黏結和擴散磨損。磨蝕主要由碳化物、沙粒參雜物和硬的鑄造表皮產生。有積屑瘤的黏結磨損在低的切削溫度和切削速度條件下發生。 鑄鐵的鐵素體部分最容易焊接到刀片上，但這可用提升切削速度和溫度來克服。

在另一方面，擴散磨損與溫度有關，在高切削速度時產生，特別是使用高強度鑄鐵牌號時。 這些牌號有很高的抗變型能力，導致了高溫。 這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關，這就使得一些鑄鐵需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以獲得良好的刀具壽命和表面質量。

一般對加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為︰

高熱硬度和化學穩定性，但也與工序、工件和切削條件有關；要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強度。

切削鑄鐵的滿意程度取決于切削刃的磨損如何發展︰

快速變鈍意味著產生熱裂紋和缺口而使切削刃過早斷裂、工件破損、表面質量差、過大的波紋度等。 正常的后刀面磨損、保持平衡和鋒利的切削刃正是一般需要努力做到的。

模具製造中主要的、共同的加工工序為何？

回答︰
切削過程至少應分為3個工序類型︰粗加工、半精加工和精加工，有時甚至還有超精加工（大部分是高速切削應用）。

殘餘量銑削當然是在半精加工工序后為精加工而準備的。

在每一個工序中都應努力做到為下一個工序留下均勻分佈的余量，這一點非常重要。

如果刀具路徑的方向和工作負載很少有快速的變化，刀具的壽命就可能延長，並更加可預測。 如果可能，就應在專用機床上進行精加工工序。

這會在更短的調試和裝配時間內提升模具的幾何精度和質量。

在這些不同的模具加工工序中，應如何使用刀具？

回答︰
粗加工工序︰ 圓刀片銑刀、球頭立銑刀及大刀尖圓弧半徑的立銑刀。

半精加工工序︰ 圓刀片銑刀（直徑範圍為10－25 mm的圓刀片銑刀），球頭立銑刀。

精加工工序︰ 圓刀片銑刀、球頭立銑刀。

殘餘量銑削工序︰圓刀片銑刀、球頭立銑刀、直立銑刀。

透過選擇專門的刀具尺寸、槽形和牌號組合，以及切削參數和合適的銑削策略，來優化切削工藝，這非常重要。

在切削工藝中的最重要的元素？

回答︰
切削過程中一個最重要的目標是在每一個工序中為每一種刀具創建均勻分佈的加工余量。這就是說，必須使用不同直徑的刀具（從大到小），特別是在粗加工和半精加工工序中。 任何時候主要的標準應是在每個工序中與模具的最終形狀儘可能地相近。

為每一種刀具提供均勻分佈的加工余量保證了恆定而高的生產率和安全的切削過程。 當ap/ae（軸向切削深度/徑向切削深度）不變時，切削速度和進給率也可恆定地保持在較高水準上。

這樣，切削刃上的機械作用和工作負載變化就小，因此產生的熱量和疲勞也少，從而提升了刀具壽命。 如果后面的工序是一些半精加工工序，特別是所有精加工工序，就可進行無人加工或部分無人加工。 恆定的材料加工余量也是高速切削應用的基本標準。

恆定的加工余量的另一個有利的效應是對機床──導軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。

為什麼圓刀片銑刀常作為模具粗加工刀具的首選？

回答︰
如果使用方肩銑刀進行型腔的粗銑削，在半精加工中就要去除大量的台階狀切削余量。 這將使切削力發生變化，使刀具彎曲。 其結果是給精加工留下不均勻的加工余量，從而影響模具的幾何精度。

如果使用刀尖強度較弱的方肩銑刀（帶三角形刀片），就會產生不可預測的切削效應。 三角形或菱形刀片還會產生更大的徑向切削力，並且由於刀片切削刃的數量較少，所以他們是經濟性較差的粗加工刀具。

另一方面，圓刀片可在各種材料中和各個方向上進行銑削，如果使用它，在相鄰刀路之間過渡較平滑，也可以為半精加工留下較小的和較均勻的加工余量。 圓刀片的特性之一是他們產生的切屑濃度是可變的。

這就使它們可使用比大多數其它刀片更高的進給率。 圓刀片的主偏角從幾乎為零（非常淺的切削）改變到90度，切削作用非常平穩。 在切削的最大深度處，主偏角為45度，當沿帶外圓的直壁仿形切削時，主偏角為90度。

這也說明了為什麼圓刀片刀具的強度大──切削負載是逐漸增大的。 粗加工和半粗加工應該總將圓刀片銑刀，作為首選。 在5軸切削中，圓刀片非常適合，特別是它沒有任何限制。

透過使用良好的編程，圓刀片銑刀在很大程度上可代替球頭立銑刀。 跳動量小的圓刀片與精磨的的、正前角和輕切削槽形相結合，也可以用于半精加工和一些精加工工序。

銑削淬硬模具鋼時，重要的應用參數有哪些？

回答︰
使用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時，一個需遵守的主要原素是採用淺切削。 切削深度應不超過0.2/0.2 mm（ap/ae︰軸向切削深度/徑向切削深度）。這是為了避免刀柄/切削刀具的過大彎曲和保持所加工模具擁有小的公差和高精度。

選擇剛性很好的夾緊系統和刀具也非常重要。 當使用整體硬質合金刀具時，採用有最大核心直徑（最大抗彎剛性）的刀具非常重要。 一條經驗法則是，如果將刀具的直徑提升20％，例如從10 mm提升到12 mm，刀具的彎曲將減小50％。 也可以說，如果將刀具懸伸/伸出部分縮短20％，刀具的彎曲將減小50％。 大直徑和錐度的刀柄進一步提升了剛度。 當使用可轉位刀片的球頭立銑時，如果刀柄用整體硬質合金製造，抗彎剛性可以提升3－4倍。

當用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時，選擇專用槽形和牌號也非常重要。 選擇像TiAlN這樣有高熱硬度的涂層也非常重要。

在常規和高速切削應用中，為了得到好效果，我應使用何種刀把？

回答︰
高速加工時，離心力非常大，會導致主軸孔慢慢變大。這對BT刀把會產生負面影響，因為BT刀把僅在徑向面上與主軸孔接觸。主軸孔變大會使刀具在拉杆恆定的拉力作用下被拉入主軸。這甚至會引起刀把黏住或Z軸方向的尺寸精度降低。

與主軸孔和端面同時接觸的HSK刀把，即徑向和軸向同時配合的刀具把更適用于高速下的切削。當主軸孔擴大時，端面接觸可避免刀把在主軸孔內向上的移動。

使用空心刀把的刀具也容易受離心力的影響，但它們已設計成在高速下隨主軸孔的增大而增大。刀把和主軸在徑向和軸向都接觸提供了良好的夾緊剛性，使刀具可以進行高速切削。採用獨有的短錐設計pokolm刀把傳遞扭矩和高生產率切削時，具有更優秀的性能。

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