特殊的刀具幾何形狀幾乎可以消除鋁模具加工中的振動

模具制造商在尋求提高鋁模具的加工中的切削工具性能所面臨的挑戰之一是顫動或振動。圖片由RobbJack Corp.提供

在左邊的鋁部分上的差的光潔度是由顫動和振動引起的。一個鏡像邊緣幾何刀具設計，以使齒通頻率匹配零件頻率在任何速度下消除所有的振動，給右邊的鋁部分精細的完成。

在具有振動消除幾何形狀的刀具上，齒通頻率始終與零件頻率匹配，使模具制造商能夠始終如一地運行機器上可用的最大主軸轉速，而不會產生顫振或振動。

隨著對快速周轉的需求的增長，產品生命周期縮短，壓縮循環時間減少，鋁模具的使用已經擴大，這歸功于材料的許多固有的有益特性。這些包括其重量輕，易于加工，導熱性和拋光適用性，僅舉幾例。然而，盡管有這些好處，但是當尋求改進鋁模具的加工中的切削刀具性能時，模具制造者面臨挑戰。

顫振或振動是在切割鋁時產生的最常見的困難。與其他材料相比，在鋁中更為普遍的原因是在普通鋁加工參數內增加的切割頻率。例如，在加工鋁時，主軸轉速（rpm），嚙合角和金屬去除速率的參數要大得多。此外，其更輕，更不致密的結構增強了振動，而不是以更硬，更致密的材料的方式衰減。

定義和計算顫振顫振

是當刀具的通頻率與主軸和零件的固有頻率相互作用時產生的“自激”振動。隨著振動增加，其產生的噪聲變大，部件表面光潔度變差，機器精度降低，并且錐形開始生銹（抵抗腐蝕或磨損）。二十分鐘的非常糟糕的顫動切削已知使一個全新的主軸錐度看起來像它已經生銹在垃圾場30年。顫振不僅不舒服聽，而且減少刀具和機床壽命。消除振動可以幫助避免所有這一切。

復雜的公式，硬件和軟件的組合可以用于解決顫振問題，但這需要大量的時間和投資。通常，它涉及以數學方式計算正確的切削速度，以使齒通頻率匹配零件的固有頻率。最終結果是用于每個機器的非常具體的設置，工具“伸出”（從刀具尖端到刀具柄進入刀架的距離）和應用。

例如，在機器“A”上伸出2.5英寸的1/2英寸端銑刀需要21,454rpm的速度以消除顫動。然而，如果工具突出0.050英寸以上，則可能需要18,765rpm的速度以消除顫動。為了給這種情況增加更多的復雜性，一個商店可以有五個具有相同品牌和型號的機器，但是每個機器所需的速度可能不同。對于模具制造商，這種解決顫振問題的方法不是很實用。存在太多的變量，并且被加工的模具經常變化，因此難以將該方法應用于必須被切割的每個工作和部分。

減少顫動的另一種方法是降低切割器速度。然而，這將不利地影響金屬去除速率和循環時間。在極端應用中，切割速度可能必須降低到2000rpm以消除顫動，然后加工模具所需的時間可以增加10倍或更多。

具有較長長徑比（L：D）的零件更容易發生振顫，因為當刀具必須從刀架突出得更遠時刀具的剛度減小。因為極大的L：D比率在模具中很常見，所以大多數模具制造商爭論喋喋不休的問題。一些人將使用不同長度的一系列切割器來深入到部件中。例如，為了獲得1/2英寸的切割器以達到3英寸的部分，模具制造商可以首先使用具有1.5英寸伸出的切割器，以便在被認為是良好的去除速率的情況下盡可能多地去除材料，然后移動到具有2.5英寸伸展的切割器，以更保守的速度和進給來移除盡可能多的附加材料，“切割”切割器以保持其穩定。最后，他可能會進來1/2英寸的切割器，并以非常輕微的切割以緩慢的進給速度加工3英寸的總深度。

然而，這個技術有一些問題。首先，需要三個獨立的切削刀具來加工模具，從而增加刀具成本。然而，真正的痛苦是感到與部分的完成。因為使用的每個刀具具有不同的剛度，每個表面光潔度產生變化。對于其上表面光潔度最重要的模具，這引起頭痛并且需要非常耗時的混合和/或精加工操作。這種多步驟過程也使編程變得復雜。如果模具制造商從一開始就使用長距離工具，這允許機器以能夠移動的速度移動，而不產生顫動，則節省了大量的時間并且避免了麻煩。

工具幾何可以節拍

特殊的切割幾何存在今天，專門設計用于消除顫動，無論應用程序。它們的齒通過頻率將總是匹配零件頻率，無論主軸是以40,000rpm或2,000rpm旋轉。這允許模具制造商始終如一地運行機器上可用的最大主軸轉速，而不會產生顫動或振動。這反過來意味著他可以更快地切割材料，而不產生不良的表面光潔度，并且它增加了切割器和主軸的壽命。

在立銑刀的極限切削刃處的這種振動消除幾何形狀使得部件的振動和端銑刀的振動匹配頻率。事情仍然振動，但它們是一致振動，所以部分和切割邊緣在空間中與凹槽切割材料在相同的位置。每個凹槽切割其被編程去除的材料的精確量。當存在顫動時，每個齒在材料上進行不規則的切割，導致在一個槽上的切屑載荷非常重，并且防止隨后的槽與該部分接觸。刀具的這種不穩定的接合使問題持續并導致自激振顫。

對于具有較長長度直徑比的部件，減振幾何形狀允許使用長工具，但沒有典型的問題。例如，它在整個部件上產生一致的表面光潔度，沒有產生不同的區域，其中切割器不同地偏轉，并且沒有表面光潔度從工具到工具的變化。一些在極端L：D比率下切割鋁的車間甚至報告了周期時間減少超過1000％，并且它們能夠將切削工具的數量從不同長度的五個減少到一個，從而簡化和保持一致的表面光潔度。

刀具路徑也是減少顫動和不匹配完成的關鍵。代替使用刀具創建擺動效果的鋸齒形刀具路徑，建議爬升切削零件。這可以通過恒定的Z水平切割或擺線型切割來實現。如果刀具不從爬升移動到常規切割，壓力和偏轉保持不變。這就是攀巖刀具路徑真正可以幫助的地方。現代CAD / CAM系統可以控制刀具與材料的接合量，并在整個切割過程中保持表面接觸恒定，從而簡化編程。

簡而言之，振動消除刀具幾何形狀可以通過消除顫動，增加刀具伸出量，以及不需要使用多個刀具或減慢主軸轉速來改善鋁模加工。添加到更新的刀具路徑，使刀具始終沿著向上銑削方向進行切削，并且模具制造商還可以改善鋁模具表面。