優化硬質合金銑刀切削參數：綜合指南
硬質合金立铣刀 是精密加工中不可或缺的旋轉切削工具，在銑削加工（如開槽、仿形、平面加工和輪廓加工）中因其耐用性和高效率而備受推崇。由碳化鎢製成，碳化鎢是鎢與碳的複合物，以鈷為粘合劑，與高速鋼 (HSS) 刀具相比，碳化鎢具有更高的硬度（高達 90+ HRA）、耐磨性和耐熱性。因此，可達到更高的速度和進給，縮短週期時間，同時更長時間地保持鋒利的刃口。最佳化主軸轉速、進給率和切削深度等參數，對於平衡生產力、表面光潔度、刀具壽命和機器安全性至關重要。不良的設定可能會導致過度磨損、破損或效果不佳；理想的設定則可將材料去除率 (MRR) 最大化並將成本降至最低。本指南參考了業界的最佳實務，針對各種材料和情況提供公式、表格和提示。.
硬質合金立铣刀的種類
選擇正確的類型會影響參數的選擇：
- 平面端銑刀:適用於一般平底切割；粗加工及精加工用途廣泛。.
- 球頭立铣刀:用於 3D 輪廓和模具；由於幾何形狀呈弧形，需要調整進給。.
- 轉角半徑立铣刀:強化重粗加工的邊緣；允許更高的進給。.
- 粗加工立铣刀:粗齒可去除大量材料；較低的速度可管理切屑負荷。.
- 錐形端銑刀:對於有角度的特徵；參數與有效直徑成比例。.
TiAlN 或 AlTiN 等塗層可進一步優化耐熱性和耐磨性，通常可在鐵質材料上實現 20-50% 更高的速度。.
關鍵切割參數
掌握這些，才能達到最佳效能：
| 參數 | 說明 | 單位（英制/公制） | 硬質合金立铣刀的典型範圍 |
|---|---|---|---|
| 主軸轉速 (RPM) | 刀具每分鐘的轉數；控制切削速度和發熱量。. | RPM / RPM | 5,000-10,000（因直徑和材質而異） |
| 進料速率 | 切入工件的速度；影響切屑厚度和 MRR。. | IPM (吋/分) / mm/min | 10-100 IPM（每齒調整） |
| 晶片負載 (IPT) | 每轉每楞所移除的材料；刀具壽命的關鍵。. | IPT (吋/齒) / mm/齒 | 0.001-0.010 ipt |
| 軸向切削深度 (ADOC) | 沿刀具軸向的穿透；衝擊力和撓度。. | 英吋 / 公釐 | 0.5-2.5 × 工具直徑 |
| 徑向切削深度 (RDOC) | 垂直於軸心的齧合（stepover %）；較低時進行精加工。. | % 的直徑 / mm | 10-50% 用於粗加工；5-10% 用於精加工 |
| 冷卻劑 | 用於熱量/晶片控制的流體；根據材質的不同，可採用噴射、霧狀或乾式。. | 不適用 | 鋼/鈦必須使用；鋁可選擇使用 |
計算方法
從製造商的資料開始，然後透過公式精煉。這些假設是未塗層的工具；塗層可能會使 SFM 增加 10-30%。使用 G-Wizard 之類的軟體以獲得精確度，但手動計算也適用於基本情況。.
主軸轉速 (RPM)
- 帝國:RPM = (SFM × 3.82) / 刀具直徑 (英吋)
- 公制:RPM = (Vc × 1,000) / (π × 刀具直徑 mm) SFM (Surface Feet per Minute) 或 Vc (m/min) 依材料而定 (請參閱下表)。舉例說明：對於鋁材質的 1/2″ 刀具 (SFM=800)，RPM = (800 × 3.82) / 0.5 = 6,112。.
2.進料速率 (IPM)
- 帝國:IPM = RPM × IPT × 溝槽數 (T)
- 公制mm/min = RPM × mm/tooth × T IPT (Chip Load) 可平衡 MRR 與磨損 - 太低會造成摩擦/發熱；太高則有破損的危險。範例：6,112 RPM, 0.004 IPT, 4 溝槽：IPM = 6,112 × 0.004 × 4 = 98 IPM。.
3.材料移除率 (MRR)
- MRR = ADOC × RDOC × IPM (立方英吋/分) 在不超過機器功率的情況下，藉由增加深度/進給達到最大值 (以 80% 主軸負載為目標)。.
影響最佳化的因素
- 工件材料:較硬/磨蝕性材料 (例如鈦) 需要較低的 SFM/較高的冷卻液；較軟的材料 (例如鋁) 則允許強力進給。.
- 刀具幾何:較多的溝槽 (3-6) 適用於精加工/高轉速；較少的溝槽 (2-3) 適用於粗加工/排屑。直徑越小，旋轉越快，但偏斜越大。.
- 機器剛性:堅硬的設定可容忍更深的切削；振動要求降低。.
- 操作類型:粗加工以 MRR（較高的進給率）為優先考量；精加工則以光潔度（較低的 RDOC）為優先考量。.
- 冷卻器/環境:減少摩擦 30-50%；高壓幫助鈦屑破碎。.
特定材料建議
使用這些集合指引的起始點；根據設定測試並調整 10-20%。用於 1/4″ 4 刃立铣刀。.
非鐵金屬材料（如鋁、銅）
高速、中等切屑；在沒有冷卻劑的情況下，容易產生翹邊。.
| 材質 | SFM 系列 | IPT (1/4″ 工具) | RPM 範例 | 飼料 (IPM) 示例 | 提示 |
|---|---|---|---|---|---|
| 鋁 (6061) | 800-1,500 | 0.002-0.004 | 9,664-18,120 | 77-145 | 高進給以避免結膠；MQL 為佳。. |
| 黃銅/銅 | 600-1,000 | 0.001-0.002 | 7,248-12,080 | 29-49 | 爬升碾磨；如果可能的話，乾燥。. |
| 塑膠 | 200-600 | 0.003-0.005 | 3,048-9,144 | 37-61 | 鋒利的工具；低溫以防止熔化。. |
鐵質材料（如鋼、不銹鋼）
速度適中；注重切屑控制，避免加工硬化。.
| 材質 | SFM 系列 | IPT (1/4″ 工具) | RPM 範例 | 飼料 (IPM) 示例 | 提示 |
|---|---|---|---|---|---|
| 低碳鋼 (1018) | 100-300 | 0.001-0.002 | 1,216-3,648 | 5-15 | 灌注冷卻液；40-60% 步進。. |
| 不銹鋼 (304) | 100-250 | 0.0005-0.001 | 1,216-3,024 | 2-5 | 較低的 RDOC (20%)；高壓冷卻劑。. |
| 工具鋼 (A2) | 100-250 | 0.001-0.0015 | 1,216-3,024 | 5-7 | 塗層工具；監視器用於建立邊緣。. |
高溫合金與鈦
低速、輕切；熱管理是關鍵。.
| 材質 | SFM 系列 | IPT (1/4″ 工具) | RPM 範例 | 飼料 (IPM) 示例 | 提示 |
|---|---|---|---|---|---|
| 鈦 (6Al-4V) | 50-250 | 0.0005-0.001 | 608-3,024 | 1-5 | 豐富的冷卻液；低嚙合度的套管路徑。. |
| Inconel 718 | 40-60 | 0.001-0.0015 | 486-728 | 2-4 | 剛性設定；可變螺旋刀具可減少震動。. |
RPM 例：(SFM × 3.82) / 0.25。進給：RPM × IPT × 4 溝槽。若直徑較大，將 IPT 調高 20-50%。.
優化策略
- 開始保守:使用最大推薦 SFM/IPT 的 70-801TPT；在監測時逐步增加。.
- 監控反饋:聆聽是否有震動（降低 RPM 10%）；檢查切屑（短/捲 = 好；繃緊 = 增加進給）。.
- 進階技術:
- 高速加工 (HSM):1,500+ SFM 搭配輕型 RDOC (5-10%)；可提升 MRR 2-3 倍。.
- 曲線研磨:具有 5-15% 齧合的圓形路徑；非常適用於插槽，可延長使用壽命 2 倍。.
- 爬坡與傳統:爬坡式可獲得更佳的精加工效果（同方向進給/刀具旋轉）；傳統式適用於進口切割。.
- 迭代:以 10% 的增量進行調整；記錄結果以獲得重複性。.
常見問題的疑難排解
| 問題 | 原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 工具破損 | ADOC/RDOC 過高、IPT 過高 | 減少深度 20%；檢查剛性。. |
| 震動 | 共振、偏轉 | 改變 RPM；使用較短的工具；增加阻尼器。. |
| 完成度不佳 | 低轉速、高進給 | 提高速度；降低 IPT；確保冷卻劑。. |
| 晶片堆積 | 疏散不充分 | 提升飼料；優化冷卻劑壓力。. |
| 快速磨損 | 乾燥運轉產生的熱量，錯誤的 SFM | 塗上流體；符合材料建議。. |
工具壽命的最佳做法
- 選擇正確的塗層： 選擇專為工件材料最佳化的塗層 (例如 TiAlN、AlCrN、TiCN)。塗層可增加硬度、耐熱性和潤滑性，大幅延長刀具壽命，尤其是在高速或乾式加工中。.
- 根據材質匹配長笛數量：
- 長笛低音數 (2-3)： 適用於非鐵質、膠狀或較軟的材料（如鋁），因為它們可提供 較大的屑谷 可有效排出切屑，防止切屑重切和包裝。.
- 較高的長笛數 (5+)： 更適用於較硬、鐵質材料（如鋼、不銹鋼），因為它們可提供 更厚、更堅硬的核心 強度和穩定性。.
- 最小化切割長度 (LOC)： 使用工作所需的最短 LOC/刃長。較短的刀具剛性較高，不易偏斜，可減少震動與刀具破損。.
- 利用可變螺旋/間距幾何： 具有可變螺旋角的工具有助於 擊破和聲振動, 因此切削更順暢、光澤更好、刀具壽命更長。.
- 使用拐角半徑 (Bullnose) 工具： 牛鼻立铣刀（角上有小半径）通常是 更耐用 與鋒利的方形端面相比，半徑更能均勻地分散切削力，並防止崩裂。.
