作者：
Teun Van Asten，山高集團(tuán)營銷服務(wù)工程師
Jan Willem Van Iperen，山高集團(tuán)整體銑削應(yīng)用工程師

　　制造商采用車削、銑削和鉆削工藝對工件進(jìn)行加工。然而，這些工藝也可能在工 件邊緣處產(chǎn)生毛刺和危險(xiǎn)的銳邊。當(dāng)使用這種零件時(shí)，這些邊緣可能導(dǎo)致材料斷裂，導(dǎo)致零件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，并可能因?yàn)檫@些尖銳的棱邊危及搬運(yùn)零件的工作人員。正是因?yàn)檫@些負(fù)面因素的存在，很多最終用戶拒收供應(yīng)商提供的帶有毛刺或銳邊的零件。

　　制造商通常使用手動磨床和其他人工工藝來去除毛刺和銳邊。此類方法不僅速度慢，而且還需要將零件從機(jī)床中取出，然后重新固定至其他設(shè)備以去除毛刺或進(jìn)行倒角。不僅如此，即便由熟練的技師親自執(zhí)行這些操作，也難以讓所有零件的倒角保持必要的加工一致性。

　　切削仿形加工 (MEP) 是人工去除毛刺的一種高效替代方法。MEP 采用定制刀具及在同一臺設(shè)備上進(jìn)行機(jī)加工，實(shí)現(xiàn)快速高效的倒角加工及毛刺去除。MEP 工藝具有許多優(yōu)勢。它允許通過機(jī)床的 CAM 系統(tǒng)精確定義和編程，以實(shí)現(xiàn)最終的倒角或毛刺要求，倒角特征具有高度的一致性。由于不需要將零件從機(jī)床中取出并重新固定，因此縮短了總體零件生產(chǎn)時(shí)間，并消除了工裝之間的公差疊加和其他的誤差。為了順應(yīng)這一趨勢，當(dāng)今的切削刀具制造商正致力于開發(fā)可提升 MEP 加工性能的新型高效刀具。

　　MEP 工藝的主要適用對象鑒于航空航天工業(yè)對零件精度和一致性的要求越來越嚴(yán)格，噴氣式飛機(jī)的零件將是 MEP 工藝的主要適用對象。

　　例如，飛機(jī)的汽輪機(jī)發(fā)動機(jī)零件通常分為兩種類型：旋轉(zhuǎn)零件和非旋轉(zhuǎn)零件。對飛機(jī)引擎鼓、機(jī)匣等非旋轉(zhuǎn)零件應(yīng)用MEP刀具 時(shí)，倒角仿形加工通常包括標(biāo)準(zhǔn)倒角和R倒角刀具，在加工零件的同一臺機(jī)床上就可以實(shí)現(xiàn)所有的倒角加工。

　　對于葉片、壓縮機(jī)葉盤等至關(guān)重要的旋轉(zhuǎn)零件，最終用戶有更高的標(biāo)準(zhǔn)，并要求徹底消除表面瑕疵。零件倒角和毛刺要求通常必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室審批和認(rèn)證程序。為了去除這些零件的毛刺，刀具制造商已經(jīng)開發(fā)出高精度且重復(fù)精度高的定制 MEP 刀具。

　　MEP 刀具開發(fā)

　　標(biāo)準(zhǔn)的去除毛刺和仿形加工刀具，例如在非旋轉(zhuǎn)零件上采用的刀具，包括具有 45° 和 60° 切削刃的鍍層硬質(zhì)合金倒角立銑刀以及使用可轉(zhuǎn)位刀片來產(chǎn)生 45° 和 60° 倒角的刀具。

      非旋轉(zhuǎn)零件上使用標(biāo)準(zhǔn)的硬質(zhì)合金去除毛刺和仿形加工刀具，例如山高開發(fā)的刀具，這些刀具通常具有 45° 和 60° 切削刃

      對于極其嚴(yán)格的應(yīng)用，刀具制造商提供定制的刀具，專門用于在孔入口處或出口處對邊緣進(jìn)行仿形加工并去除毛刺。有些刀具將這些功能集于一身，能夠同時(shí)去除入口處和出口處的毛刺。

　　這些定制的刀具通常具有復(fù)雜的切削槽型。最巧妙之處在于刀具采用特殊的切削刃設(shè)計(jì)，可以加工出理想的圓弧過渡倒角，這是由于刀具具有導(dǎo)入角和導(dǎo)出角，可以避免再次形成毛刺。

　　專用刀具的開發(fā)并非只局限于切削刃。研究表明，在對零件頂面上的孔入口處的毛刺和邊緣進(jìn)行仿形加工時(shí)，右切和右旋這種組合最為有效，因?yàn)樗軌蛉コ慵系那行肌Ａ硪环矫妫趯α慵酌嫔系目壮隹谔幍拿踢M(jìn)行仿形加工時(shí)，右切和左旋這種組合的效果最好，同樣是因?yàn)檫@種配置可以去除零件上的切屑。

　　其他應(yīng)用分析表明，與用于去除通孔底部或出口端毛刺的刀具相比，用于去除孔頂部或入口端毛刺的 MEP 刀具具有更長的刀具壽命。這是因?yàn)椋笳咧恍枰獜目椎囊欢诉M(jìn)行加工，而前者需要伸入到整個(gè)零件中并直達(dá)另一端的孔出口處，因此長徑比過大。長徑比大的刀具一般來說剛性不夠好，更容易振動，加工過程中可能會導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀具崩刃或斷裂。因此，大多數(shù)加工車間選擇使用單獨(dú)的刀具來去除孔入口處和出口處邊緣的毛刺，而不是使用一個(gè)能同時(shí)勝任這兩種任務(wù)的刀具。

　　此外，長徑比大的刀具還需要謹(jǐn)慎地選擇切削參數(shù)。又短又結(jié)實(shí)的刀具可以使用更高的切削參數(shù)，不會出現(xiàn)振動或其他問題。零件的幾何形狀和特征也會影響刀具的性能。當(dāng)切削工況比較穩(wěn)定并能夠平穩(wěn)、不間斷地切削時(shí)，可以采用更高的切削參數(shù)。另一方面，如果零件存在任何會中斷 MEP 切削路徑的特征（例如檢修孔），則必須使用更加穩(wěn)健的參數(shù)，以便最大限度減小刀具磨損并防止刀具過早失效。

　　在不斷開發(fā) MEP 刀具的過程中，可以考慮開發(fā)一些既能夠加工零件的其它特征，也能夠去除毛刺的刀具。例如，MEP 切削刃應(yīng)當(dāng)位于立銑刀的頂部，以便在加工孔的同時(shí)去除入口處邊緣的毛刺。

　　材料方面的挑戰(zhàn)

　　就加工特性而言，很多航空航天材料很難去除毛刺和對銳邊進(jìn)行倒角，因此帶來了額外的挑戰(zhàn)。例如，發(fā)動機(jī)部件中使用的鎳基合金韌性好且導(dǎo)熱性差。因此，切削刀具就會吸收切削工藝所產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致刀具快速磨損。

　　鑒于此，當(dāng)確定刀具的硬質(zhì)合金材質(zhì)和槽型時(shí)，刀具制造商就不得不在刃口鋒利度和刃口強(qiáng)度之間取得平衡。硬質(zhì)合金基體材料需具有非常強(qiáng)的耐熱和耐磨特性，但抗沖擊能力就會變差，那時(shí)因?yàn)闉榱颂岣唔g性而在基體中加入了鈷或其他合金材料。同樣，與進(jìn)行了刃口研磨或圓角處理的切削刃相比，鋒利的切削刃更容易崩刃。同時(shí)刀具制造商會優(yōu)化刀具前角和螺旋角以及刀具鍍層，以便在加工特定的工件材料時(shí)達(dá)到最佳效果。

　　刀具尺寸

　　為了加工出較大的孔徑和邊緣，刀具制造商可以設(shè)計(jì)任何尺寸的刀具，而供應(yīng)商也能夠?yàn)槠涮峁┳銐虼蟮拿鳌Ｈ欢毒叩某叽绮荒軣o限變小。目前可以精磨出的最小刀具半徑大約為 0.2 mm，并具有相應(yīng)的更小導(dǎo)入角和導(dǎo)出角。

　　定制的 MEP 刀具具有特定的半徑、倒角、角度，這些特征進(jìn)行優(yōu)化組合。這些刀具通常可以用于方肩銑削。然而，當(dāng)工件的輪廓不允許使用方肩銑削 MEP 刀具時(shí)，也可以使用球頭和棒棒糖型刀具來仿形加工出工件的特征。這些刀具運(yùn)用在五軸機(jī)床上，可以加工復(fù)雜零件的輪廓線，并沿著長輪廓邊緣生成圓弧表面。

　　MEP 在加工中的應(yīng)用

　　為了最大限度提高加工精度和一致性，并節(jié)省在機(jī)床之間搬運(yùn)零件的時(shí)間，制造商通常在實(shí)際加工零件特征時(shí)應(yīng)用 MEP技術(shù)。

　　通常，去除毛刺是零件的最后一道加工工序。CAM 程序會引導(dǎo) MEP 刀具依次去除所有孔和銳邊的毛刺。有些 MEP 刀具可去除多種孔的毛刺，有些仿形加工刀具可運(yùn)用在三四個(gè)不同的位置或特征上，例如孔的底部以及凹坑輪廓的底部。

　　為了確保在正確的位置按合適的加工量進(jìn)行倒角仿形加工，必須在開始進(jìn)行MEP加工之前定義或測量所加工的孔或特征。當(dāng)零件公差非常嚴(yán)格，而且精確定義了零件表面的位置時(shí)，可能不需要進(jìn)行在線測量。但在公差比較寬松時(shí)，則需要在初步加工之后進(jìn)行在線測量，以確定要仿形加工的邊緣或特征的位置。

　　此外，還必須測量刀具本身并進(jìn)行正確定位，以確保它能夠正確地對零件邊緣進(jìn)行仿形加工。由于刀具的刀尖圓弧半徑非常小，無法測量，為了方便使用，CAM 程序中指定了刀具長度。操作員可以使用預(yù)校正器在遠(yuǎn)離機(jī)床的位置確認(rèn)刀具長度，也可以在機(jī)床上利用激光或接觸式探針來確認(rèn)刀具長度。進(jìn)給量根據(jù)零件特征和刀具的測量尺寸計(jì)算得出。大多數(shù)刀具制造商會提供精確的定制MEP刀具檢測報(bào)告，包括跳動量在內(nèi)，刀具輪廓度公差通常為 40 微米。

　　毛刺去除或倒角加工是一種精加工，其主要目的是提高品質(zhì)。生產(chǎn)率始終是重要的，但在加工價(jià)值數(shù)十萬歐元的航空航天部件時(shí)應(yīng)特別小心，盲目提高刀具的生產(chǎn)率可能會事得其反，損失慘重。一致性、可靠性以及避免生產(chǎn)報(bào)廢件的重要性不言而喻。

      正因?yàn)镸EP 是精加工，它使用工件的 CAM 程序來引導(dǎo)刀具依次去除所有孔和稅邊的毛刺，而且有些 MEP 刀具通常可以應(yīng)用在同一個(gè)零件的三四個(gè)不同位置或特征上

　　結(jié)論

　　如今，當(dāng)零件具有不符合要求的銳邊和毛刺時(shí)，很多時(shí)候會被人們視為昂貴的報(bào)廢件。這種現(xiàn)象在航空航天工業(yè)非常普遍，而且在醫(yī)療、能源和其他行業(yè)的某些關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域中也呈現(xiàn)出這一趨勢。制造商需要一種加工一致性好、可記錄的且具有成本優(yōu)勢的方法來去除零件的毛刺，并對零件邊緣進(jìn)行仿形加工。刀具仿形加工 (MEP) 滿足了這一需求，因?yàn)樗〈巳斯げ僮鳎斯げ僮鞯谋锥嗽谟冢瑹o論由多么熟練的技師來操作，都難以保持零件之間的一致性，且人工、工裝和零件搬運(yùn)成本居高不下。由于無法記錄和認(rèn)證，某些最終用戶現(xiàn)已禁止使用人工去除毛刺的方法。

　　最高效且最具成本效益的 MEP 是工程開發(fā)和專業(yè)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)晶。通過提供這樣的整體解決方案，刀具制造商可以幫助簡化航空航天制造工藝（以及其他關(guān)鍵行業(yè)中的類似工藝），并將質(zhì)量和生產(chǎn)率提升到新的水平。

　　MEP 的實(shí)際運(yùn)用

　　刀具仿形加工能夠讓制造商在多種應(yīng)用中受益。

　　案例 1：一家制造商使用一臺雙主軸機(jī)床來生產(chǎn) 303 不銹鋼零件。隨著零件數(shù)量和批次規(guī)模不斷增大，該制造商需要提高生產(chǎn)率。然而，加工過程非常不平衡，而且耗時(shí)較多 - 90% 的加工在機(jī)床主軸上完成，機(jī)加工之后，還需要人工去除零件底部的毛刺（這需要額外的工裝設(shè)備）。在機(jī)床的副軸中采用定制的硬質(zhì)合金 MEP 刀具之后，該制造商可以同時(shí)在零件法蘭螺栓孔的兩側(cè)進(jìn)行仿形加工。這樣，不僅兩個(gè)軸之間的加工時(shí)間趨于平衡，加工周期也得以大幅縮短。不僅如此，使用 MEP 刀具之后，不再需要人工去除毛刺和額外的工裝設(shè)備，節(jié)省了大量時(shí)間。

　　案例 2：在本案例中，需要考慮選擇對邊緣進(jìn)行倒角處理（平邊），還是進(jìn)行倒圓處理（圓邊）。有些零件對于邊緣倒角并沒有刻意的要求。然而，一家制造商發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用倒圓加工方法時(shí)，零件的壽命比采用倒角加工方法的零件長三倍。在選擇加工方法時(shí)，一個(gè)看似微不足道的差異卻顯著提高了零件的質(zhì)量。

　　案例 3：航空航天行業(yè)加工 TiAl-4V 葉盤，為我們提供了 MEP 輪廓銑刀具的一個(gè)應(yīng)用案例。一家制造商一直使用一個(gè)固定在凸輪刀柄中的硬質(zhì)合金成型刀具來加工葉盤。發(fā)現(xiàn)在葉盤和槽圓弧的周圍，隨機(jī)地出現(xiàn)精加工表面質(zhì)量問題，而且問題的嚴(yán)重程度和出現(xiàn)的頻率也時(shí)刻變化。該制造商后來采用了一個(gè)直徑為 10 mm 的棒棒糖型 10 齒中心切削鍍層硬質(zhì)合金銑刀（30° 右旋）。此刀具不但消除了粗糙表面問題，而且還能在更短的時(shí)間內(nèi)完成對葉盤兩側(cè)的精加工。

　　山高總部設(shè)在瑞典法格斯塔市，致力于開發(fā)創(chuàng)新的金屬切削解決方案，并與客戶密切合作以全面理解和專注于滿足他們的需求，因此譽(yù)滿全球。我們在 50 個(gè)國家/地區(qū)雇用了 5000 多名員工，并通過培訓(xùn)、發(fā)展和員工認(rèn)同計(jì)劃以及開放的溝通環(huán)境來提升我們團(tuán)隊(duì)成員的能力。我們的員工展現(xiàn)了三個(gè)核心價(jià)值觀 – 熱忱待客、家庭歸屬感和個(gè)人承諾，它定義了我們的經(jīng)營之道以及我們與客戶、供應(yīng)商和其他合作伙伴之間的交往方式。如需了解更多信息，請?jiān)L問 www.secotools.com。