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对HSK刀柄材料的特殊要求
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
对HSK刀柄材料的特殊要求关键字：刀柄 自HSK空心短锥柄技术出现以来，在世界各国得到广泛应用。据了解，欧洲和北美洲的一些用户，在使用HSK刀柄时遇到了一些问题。出现这些问题的主要原因在于，他们对制造HSK刀柄的材料选择不当。 DIN标准仅规定了HSK刀柄的几何形状，而没有规定所用的材料。所以，几乎所有的刀具供应商所生产的HSK刀柄，都完全参照传统的7：24锥柄来生产。HSK空心短锥柄的“空心”本身就说明具有潜在的问题：即轴向截面很小，显然这是HSK空心短锥柄的薄弱环节。 传统的刀柄一般是由合金钢制造，然后或是表面淬火或是表面处理，得到了一个坚硬耐磨的表面和韧性的心部(HRC32～36)。这些热处理过程(如渗碳和离子氮化，硬度可达HRC58～62，约1mm深)对7：24锥柄非常适合，价格也不贵。由于它具有足够的横截面，所以实际上不易变形。按照工业上能够接受的指导准则，这种尺寸比较稳定的基体把两种性能完美地结为一体有较软而韧性的芯部，可防止硬表面因变形而爆裂脱落，又有很耐磨坚硬的表面。 但对HSK空心短锥柄就不同了，它被做成结构截面很小，对于HSK63以下的小规格HSK空心短锥柄就没有强韧的心部来支承坚硬的表面，在每次夹紧?松开循环中都要受到很大的冲击，切削过程中又受到动态的弯扭交变载荷，在淬硬的脆性部位可能会出现微小的裂纹，在HSK刀柄的柄部的一些部位，对较大的拉应力非常敏感。这些部位有30°夹紧面、扭矩传递时键槽与主轴接触的表面以及径向贯穿孔与键槽底部、空刀槽底部最近的部位。这些微小的裂纹随时间而扩展难以发现，事实上不通过显微镜和特殊的检测手段很难发现这些变化。一个刀柄看上去工作正常，一旦过载，在出现裂纹的部位应力集中，当达到临界值时就很可能发生断裂。在使用过程中，这种脆性断裂随时可能发生。 有些制造厂商用淬透性材料。这时，截面上不同点的性质大体相同，刀柄的延伸率、屈服强度和冲击强度可能达到最佳组合。但是，相对于表面淬硬的刀柄，其硬度将是最低的(约低5～6HRC)。这种刀柄缺乏冲击强度，不耐磨，因此不得不经常更换。 所以要想达到最高的韧性、最高的耐磨性和耐腐蚀性的同时，又要成本低廉，这是不可能的。我们不能改变产品的几何形状，它是标准的。我们也受大量生产成本的制约，不可能采用昂贵的“空间材料和技术”。为了能使这种具备许多优点的新接口在生产中得到广泛应用，我们只有不断地探索。 制造厂商和用户必须对刀柄材料做出选择。一种是对材料要求有高的强度、韧性并带有适度的耐磨性；另一种是要求有高的耐磨性兼有中等强度。 分析结果表明，HSK主轴安装孔应力最大的横截面，应具有较大的截面面积，而且尽量不用对应力集中敏感的材料。但必须能适应高速加工，即重量要轻，在离心力作用下径向变形要小。 在带有自动换刀的数控加工中心上，典型的工具接口之间的摩擦都有“多个对1个”的比率。就是说，刀柄在换刀循环中仅摩擦一次，而主轴孔则要与完成此工序的许多不同刀柄摩擦很多次。 例如，假定有一台CNC加工中心的刀库有32个刀位，而且都在使用。每个工序切削时间为5分钟，机床每天工作10小时。在同一工件加工中每把刀具只使用一次。这样，对主轴来讲，每天要摩擦120次，而对每把刀柄只有4次。据此可推出，这台机床工作年限内摩擦次数的比率。这个数字说明主轴摩擦次数比刀柄的摩擦次数要大得多，对任何形式的工具接口都是一样。 传统的7：24锥度主轴磨损的结果是成为“喇叭口”，这是一个难以察觉的很缓慢的过程。但是，磨损带来的结果是刀具振动、跳动增加、刀具轴向定位尺寸发生变化。这时就要重磨主轴孔。要想减低磨损速度，就要用相对低的压力。 当HSK刀柄被夹紧时，主轴孔与刀柄之间有很大的压力。由于其锥度系1：10(半角为2°51′27″)是个自锁角度，卸刀柄时需要一个附加的卸出力，这对主轴孔也是一个摩擦过程。由于1：10的锥度很小，径向每磨损0.0025mm，就会影响0.025mm的轴向间隙，这样也会影响到夹紧机构的夹紧状态，可能会引起故障。因此，要使HSK主轴磨损尽量减至最小。另外一个重要原因是HSK主轴的价格。由于HSK主轴实际上是不能修的，因为重磨锥度会使锥度直径超差，并影响到夹紧机构的压紧位置。又由于它精度要求高，又要用很大长径比的铣刀加工内驱动键，所以它的价格很贵，为延长主轴寿命，刀柄最好用同一种材料制造，建议最小屈服强度应是14000kg/cm2，拉伸强度应为15400kg/cm2。而且应降低刀柄的硬度(平均HRC50)，比主轴硬度低6～8度，以保护昂贵的主轴。这样，刀柄受力表面硬度下降，也使它的制造周期缩短、成本降低。上一篇：国内几种新型基体钢的化学成分
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