HSK到底如何使用才合理diebold

目前在切削加工領(lǐng)域，空心短錐柄(HSK)已越來(lái)越普及，這是由于它比7：24大錐度刀柄在精度、剛性和適用高的轉(zhuǎn)速及換刀方便等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。HSK正式標(biāo)準(zhǔn)的公布將使它在更大的范圍內(nèi)得到各國(guó)的承認(rèn)。但在應(yīng)用這種新型刀柄時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，還必須掌握有關(guān)其承載能力的大小和使用的注意事項(xiàng)，才能保證安全、*地工作。

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王晶 I732--IO23--252
 

成立制定“HSK—技術(shù)規(guī)范”工作組
 
根據(jù)需要，在1993年以前，對(duì)于空心短錐柄(HSK)只是圍繞各種規(guī)格的DIN標(biāo)準(zhǔn)的制訂開(kāi)展工作，而對(duì)如何正確合理使用各種規(guī)格的空心短錐柄(HSK)的研究工作考慮不多，只對(duì)少量的空心短錐柄(HSK)的規(guī)格正確合理使用進(jìn)行了研究。其原因是，這部分工作超出了當(dāng)時(shí)制訂標(biāo)準(zhǔn)的工作范圍。然而時(shí)至今日，為了確保HSK刀柄的推廣和安全合理的應(yīng)用，有關(guān)刀柄正確使用問(wèn)題顯得十分迫切。通過(guò)制訂一個(gè)指導(dǎo)性的技術(shù)規(guī)范，提供具體的使用數(shù)據(jù)，可以幫助企業(yè)合理使用該刀柄。為此，1999年在阿亨工業(yè)大學(xué)的機(jī)床實(shí)驗(yàn)室成立了一個(gè)工作組，工作組成員來(lái)自世界各國(guó)著名的刀具、刀柄制造廠商和HSK的用戶，并在財(cái)力上支持這項(xiàng)研究工作。
 
工作組的主要任務(wù)是確定HSK刀柄的性能數(shù)據(jù)：能承受的大彎矩、扭矩以及使用的高轉(zhuǎn)速。而這些性能數(shù)據(jù)與應(yīng)用的條件(如夾緊方式和夾緊力)有關(guān)，也與制造刀柄所用的材料和熱處理工藝等因素有關(guān)。例如使用滲碳鋼制造的小規(guī)格刀柄，由于在錐柄部分的壁厚很薄，會(huì)出現(xiàn)淬透的可能，使刀柄承受動(dòng)態(tài)載荷的能力大大降低。
 
承載彎矩的能力與夾緊力有關(guān)
 
刀柄上承受的彎矩是由橫向作用在刀具上的力產(chǎn)生的。刀柄的彎矩承載能力是在彎矩作用下使刀柄法蘭接觸面的一邊開(kāi)始分離時(shí)的彎矩值，從這個(gè)臨界彎矩值開(kāi)始，彎矩—變形特征曲線的走向明顯變陡，表明刀柄裝夾的連接強(qiáng)度迅速降低。在接近臨界點(diǎn)時(shí)，連接強(qiáng)度已經(jīng)不夠，盡管此時(shí)刀柄的法蘭面與主軸端面還保持全面接觸，但彎矩已接近使兩者分離的臨界值。這個(gè)臨界彎矩的大小主要取決于拉緊力，因此加大拉緊力可以提高大彎矩。這一點(diǎn)對(duì)懸伸較長(zhǎng)的刀具有特殊的意義，此時(shí)一個(gè)較小的切削力就會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩。但是加大拉緊力會(huì)增加作用在刀柄夾緊斜面上的總載荷，尤其是在高使用傳速下，由于離心力的作用，內(nèi)部夾爪所施加的夾緊力隨之增加，致使夾緊的可靠性得以提高，但另一方面卻使刀柄薄的部位承受很大的載荷，導(dǎo)致刀柄損壞。
 
如何確定對(duì)扭矩的承載能力
 
在大負(fù)荷銑削時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的切削力和扭矩，HSK刀柄必須能承受、傳遞這樣的扭矩。為了確定刀柄大扭矩的承載能力，特進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，逐漸增加扭矩直至刀柄失效。由用不同材料制造的HSK63號(hào)刀柄的扭轉(zhuǎn)—變形曲線可見(jiàn)，在載荷的作用下，刀柄先處在彈性變形階段，之后進(jìn)入裝夾的承載階段，曲線較為平坦，這是由于在刀柄與主軸的接觸面之間存在著摩擦力，形成很高的扭轉(zhuǎn)剛性。在克服這個(gè)摩擦扭矩后，剛性隨之下降。繼續(xù)增加載荷，傳動(dòng)鍵開(kāi)始承受扭矩，直至刀柄損壞。由此可見(jiàn)，損壞扭矩的大小與材料密切相關(guān)。如能正確選用材料，則可明顯提高刀柄的承載能力。為了確定刀柄的大扭矩承載能力，做靜態(tài)試驗(yàn)還不夠，在切削加工中所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)激振的持續(xù)作用下，刀柄承受扭矩的能力明顯下降。表中列出了不同材料制造的HSK63號(hào)刀柄的極限扭矩承載值。由表可以看出，對(duì)于所有的材料動(dòng)態(tài)承載能力大的只有靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)的7%。
 
 表 HSK63號(hào)刀柄的承載性能
 
HSK-63 A-C型刀柄夾緊力：15KN，18KN，21KN
法蘭端面分離彎矩：420Nm，460Nm，510Nm
滑動(dòng)扭矩：115～155Nm，138～186Nm，161～218Nm
靜態(tài)試驗(yàn)破壞扭矩：2200Nm(16MnCr5,56HRC)，2400Nm(41Cr4,53HRC)，3300Nm(X46Cr13,53HRC)
動(dòng)態(tài)試驗(yàn)破壞扭矩：1600Nm(16MnCr5,56HRC)，1800Nm(41Cr4,53HRC)，2400Nm(X46Cr13,53HRC)
高使用轉(zhuǎn)速：22500r/min(小過(guò)盈配合)，27500r/min(大過(guò)盈配合)
對(duì)于E型結(jié)構(gòu)(不帶鍵槽)的HSK刀柄，可傳遞的大扭矩是靠刀柄與主軸之間的摩擦實(shí)現(xiàn)的，其大小除與錐度配合精度之差有關(guān)外，還取決于拉緊力。一個(gè)HSK63號(hào)刀柄的滑動(dòng)扭矩在按照DIN標(biāo)準(zhǔn)推薦的18KN拉緊力情況下為138～186Nm，如果把拉緊力提高到21KN，滑動(dòng)扭矩大約可提高20%，達(dá)161～218Nm。
 
 
用有限元模擬法確定大轉(zhuǎn)速
 
為了確定刀柄使用的大轉(zhuǎn)速，應(yīng)用了有限元模擬法。它可以確定刀柄和主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)脹大的程度，并可呈現(xiàn)夾緊部位的變化狀況。因?yàn)橹鬏S孔比HSK刀柄脹得更大，在高轉(zhuǎn)速下，主軸與刀柄之間的夾緊配合(連接)被放松了，接觸的端面也出現(xiàn)間隙，使徑向約束刀柄的能力*喪失，刀柄可在主軸孔里晃動(dòng)。刀柄 內(nèi)部所受的夾緊載荷的大小和分布除了與切削負(fù)荷和轉(zhuǎn)速有關(guān)外，還與夾緊系統(tǒng)和拉緊力有關(guān)。把使刀柄喪失徑向定位或應(yīng)力超過(guò)材料允許應(yīng)力的轉(zhuǎn)速規(guī)定為刀柄允許的大轉(zhuǎn)速。在高的轉(zhuǎn)速下，不主刀柄的平衡很重要，而且整個(gè)工具系統(tǒng)的平衡也很重要，因?yàn)榧词构ぞ呦到y(tǒng)的每一個(gè)組件是平衡好的，由于制造公差，在組成工具系統(tǒng)后仍可能不平衡。
 
HSK作為一個(gè)高性能的安全的刀柄已得到了應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)參數(shù)將很快成為標(biāo)準(zhǔn)。
 
為了避免過(guò)載，在實(shí)際使用中，準(zhǔn)確了解HSK刀柄對(duì)彎矩、扭矩的大承載能力和使用的高轉(zhuǎn)速，無(wú)論對(duì)用戶還是刀柄的制造廠商都很有必要，以便針對(duì)具體的使用條件選用正確的HSK刀柄尺寸和結(jié)構(gòu)，做到合理、安全地使用。

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I732--IO23--252王晶

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