热博零件加工技术-现代小型热博零件加工技术
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2012/8/15 9:48:44
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现今,宽大零件加工厂对付不停传来的有关制造业的坏消息,已经屡见不鲜了:诸如贩卖降落、员工下岗、外来竞争加剧等等。但是,在热博制造业范畴,环境却与此截然相反:加工厂的运行出现强劲势头。有人声称这种征象是金属切削加工业一个不行逆转的生长趋势。这些趋势包罗:品种繁多的小型零件、热博东西技能和"按订单大批量生产"。针对这种需求,开辟出了瑞士切削加工技能。

这种范例的东西和制造技能,最紧张的是突出一个"小"字。仅仅用公差严格来形貌这类加工是不够充实的。remco swiss公司的工长steve barani说:"不精确的刀具不能在这种加工中利用,比方0.125mm的公差是不够用的。"该公司总裁vince robisch认为0.125mm的公差完全不行。

为了阐明他的见解,robisch总裁以一个直径为1.575mm的微型螺钉为例作了介绍,该螺钉是用铍青铜棒料车成,车削该螺钉时,刀具应紧靠导套,其距离不高出0.508~0.635mm,否则会将质料顶弯。

robisch认为,瑞士式车削法是加工小型零件的唯一要领,别的型式的机床都无法胜任。这种加工有下述两个特点:(1)有牢固导套;(2)有轴向活动式前顶尖座。和平凡车床差异之处是,瑞士式加工车床沿z轴的移动由工件完成,刀具则沿x轴作径向活动。除了刀具和工件的布局形状外,连结精度的一个紧张方面是刀具/工件的触点要只管即便靠近机床导套,一样平常为0.635~1.016mm。具体大小取决于工件直径,直径小时,其距离要短些。

robisch总裁认为,加工中,牢固导套加上紧贴厥后的刀具--刀具绝不能远离导套。这两个条件合起来,就可取得高精度。机床头架则带着棒料来回移动,使工件议决刀具举行切削。

图1 remco swiss公司在瑞士式螺纹车床上生产的零件
(零件高度为2~17mm)
cox制造公司总裁bill cox指出,一方面导套对瑞士式加工至关紧张,但另一方面,它也带来了不少问题。这是由于工件长径比变革所致。这种征象在利用成形棒料(如正方形和六方形截面)时尤为突出。成形棒料在导套中运转时,孕育产生的车削不匀称性要比无导套的牢固头架式机床紧张。

呆板式和数控式机床的选择

瑞士式加工用的机床,可分为凸轮式和数控式两种。凸轮式机床又可细分为两种:一种是平凡型的"工件转动式",另一种则是"工件牢固式",刀具绕工件旋转的螺旋进给式车床。

在remco公司,工件旋转式的凸轮机床,远远多于昂贵的数控机床,数量约为4∶1。同时,像浩繁瑞士式加工工厂一样,remco公司偏向于接纳专用刀具和专用凸轮。该公司总裁robisch声称,我们不接纳现成的通用刀具,接到一个新零件的订单,我们就计划专用刀具,这些刀具只为这个零件办事。完成任务后,把刀具生存起来。下次又有同类零件必要加工时,就不必重新计划刀具,用户也不必再付刀具费用。

cox制造公司认为,凸轮式制造工艺迄今仍很实用并具有生命力的缘故原由是,20年前用旧工艺制造一组凸轮,既不精确,费用也高。现在天的凸轮用专用软件计划,在数控机床上加工,既精确又经济,可以说是数控技能提高了凸轮式机床的成果。

bay swiss制造公司的工长dave branvold指出,瑞士式加工刀具的特点,除了小型外,还必要有较大的后角,以减小切削压力,使刀具不致于蒙受过多的摩擦力。否则,棒料有大概卡在导套里。这种刀具的第二个特点是必要正前角。直到近来几年,人们不接纳可转位刀片,其缘故原由是餍足不了上述要求,这就迫使加工厂不得不用硬质合金刀坯自行磨制切合的刀片。现在,由于可转位刀片布局性能的改进,利用已日渐增长。

图2 种种车削用的瑞士式可转位刀片
(现已生产提供)
(图中上排自左至右为:35°仿形、直角、切槽、精切兼55°仿形和仿形车削用刀片。下排自左至右为:直角和斜角堵截、夹头端切螺纹、带侧隙的反面车削、切槽、切螺纹和后支座端斜角堵截)

branvold提到的环境,在瑞士式加工中不是个别征象。许多加工厂都认为最轻便的步伐是用钎焊式硬质合金刀具,自行磨出切合的角度。branvold、robisch和cox制造公司都强调,他们在加工中必要专用刀具。cox制造公司认为,我们的刀具是专为特定用途磨制的。

stellram东西公司的技能经理david wills对上述环境表现明白。他说:"我们不停和这一加工范畴连结着讨论。作为从欧洲过来的一家专业工厂,我们的优势在小型车削加工方面。本公司不停寻求在恰当的范畴里资助用户:倘若用户在其他东西提供商那边办理不了问题,我们愿与之相助,提供办事。我们的研发部门会资助其改进质量和收缩工时。"
对东西提供商来说,瑞士式刀具增长最强劲的部门是在数控加工范畴。瑞士式加工中的数控机床和凸轮式机床差异之处在于:刀具紧张接纳涂层可转位刀片。cox制造公司声称,在瑞士式数控加工中,我们多数接纳可转位刀片。

micro-matics公司总裁dick reiling指出,他并不认为有朝一日全部从事瑞士式加工的工艺人员都市制止自制刀具。但是他承认,我们正在试着只管即便接纳可转位刀具。只管它们很贵,但刀具磨损后变更轻便,工时丧失很少。

市场在增长

是什么力量使瑞士式加工得到不停增长?stellram东西公司的技能经理david wills认为,这是高新技能产业拉动了瑞士式加工的生长。零件日益向尺寸小、重量轻生长,非老例质料的利用也日渐增多,精度要求也很高。一些瑞士式加工的配置提供商表现:近来两年,他们的业务量增长了45~50%,而其他任何机床提供商是不行能在两年内到达50%的增长。

图3 瑞士式数控车床用的小型可转位刀片
centary东西和计划公司的副总裁raymond koontz同意上述见解。他认为,高技能范畴的需求,特别是谋略机产业对热博不锈钢零件的需求,是瑞士式加工增长的最大缘故原由之一。

比方,在一种双向打仗开关上,有两个零件可作为接纳瑞士式加工制作的浩繁零件的代表。一种是用于根部通道的钛合金插件,另一种是液压体系的钢制针形阀。它们的特点是细而长且又很热博的零件,内径公差要求0.01mm,外径公差要求在0.0076mm。

在装备着瑞士式螺丝车床的工厂里,生产上述类似零件的批量为1000~500000件,偶然批量更大。单件工时低达6.5秒。这种瑞士式加工一样平常都在专门化的工厂中举行,而且通常在第一次走刀就切除90%的留量。这样做的好处是能在长工件加工中连结同心度,并省去磨削等精加工工序。

然而,瑞士式加工的质量要到达高水平是有条件的:首先是工件毛坯棒料要圆而匀称。要是棒料有毛病,就会反应到工件上。以是,按瑞士式质量尺度生产的铜、钢和不锈钢棒料,加严了公差,餍足了匀称划一的要求。但瑞士式质量尺度的冷拔棒料,并无现货提供。可以用平凡冷拔钢加一道去表皮磨削加工来包管其圆度。这样,费用要增长15~20%。


lombord swiss screw公司是一家瑞士式加工厂。它车削紫铜、黄铜、磷青铜、铝、含铅钢、易切钢、300和400系列不锈钢和镍铬钼合金(8620s)等。该公司总裁bernie seewald发明,刀具寿命随工件光洁度要求而变,而质料变革的影响更大。比方,一把刀具加工同样的零件,质料为不锈钢时能切2000件,质料为易切紫铜时能切3000~4000件,而质料为黄铜时到达20000~50000件。seewald说:“由于303和416系列不锈钢很难切削,以是我们接纳carpenter project70系列不锈钢,它比力容易切削。刀具一样平常接纳micro 100硬质合金钎焊式刀具,用金刚石砂轮修磨角度。别的,也接纳tin涂层的可转位刀片。”

刀具的寿命与工件的布局计划也有关。比方,加工直角台肩和转角,其刀具寿命就比加工圆角低。对某些质料的直角零件,其刀具寿命只1000件。

由于瑞士式加工的机动进给是左旋的,以是种种刀具包罗钻头、铰刀等必须是左切削的。这就使刀具成为非老例品种。比方左切削铰刀就没有稳固的现货提供,利用厂不得不自制。

在瑞士式加工中,还必须过细刀具和工件之间、工件与机床之间的相互影响。比方,在加工中利用夹头内置导套虽有助于车削长型零件,但在加工小直径零件时,由于切削地区的导热本领受到限定,热膨胀的影响就成为问题。以是要限定切削速度,以免孕育产生过多热量以致把工件焊住在导套里。比方,加工直径3.175mm,长度为50.8mm的零件,其切削速度必须在27.4m/min以下。

在瑞士式加工中,只管新型机床都是数控的,但预计凸轮式机床仍占60~70%。纵然是数控机床,也是用来加工小型零件,一样平常棒料最大直径不高出31.75mm。过大的棒料会造成装卸困难。比方,直径大至50.8mm,长度为3658mm的毛坯,由于笨重,以是装卸困难。别的,大尺寸零件要连结严格的公差,就要付出高昂的价格,这也可以说是对瑞士式加工零件尺寸大小的一种内在限定。

当前在瑞士式加工范畴中,正面临着操作人员、调解人员和编程人员的紧张短缺。除了人员短缺外,瑞士式加工中机床的调解和编程也是一项困难的挑衅。通常一台cnc机床加工一种新零件,其调解时间长至8小时,内容包罗多至16把刀具和多达7轴的刀具路径及其精确依次运作的摆设,以及棒料进给器的调解,最终确保加工出合格的零件。

rose培训体系公司的steve rose说:"尺度的培训周期是:培训一名呆板操作人员至一级水平,即能操作瑞士式加工机床,约需2~3个月;培训至2级水平,即能调解机床,约需9个月;培训至3级水平,即学会编程,约需1年。"应该说,上述这些培训还没有包罗老式机床的凸轮计划和制造所必要的技能和知识在内。而这些老式机床至今仍大量用于技能要求较低的零件生产。

图4 带螺纹的钛合金植牙柱
(用作植牙摆设椿。这是lombar d swiss screw
公司的瑞士式加工代表产品)
以往,瑞士式加工工厂所利用的刀具是由硬质合金刀片焊接在钢制刀杆上,以是这类刀具称为钎焊或粘接式刀具。但比年来环境有所变革,许多东西制造商针对瑞士式加工的必要,推出了更多适销对路的可转位刀片品种。虽然钎焊式刀具的单件成本较低,而且可重磨10多次(乃至上百次),而可转位刀片只能转反复位后抛弃。但是,提高劳动生产率的必要使得瑞士式加工工厂增长了可转位刀具的试用。whiz cut(美国)公司总裁tommy townsend指出了这种动向。他说钎焊式刀具需从机床上取下重磨,再把它重新装上机床并调解到精确位置,这件事做起来要比可转位刀具困难过多,而且取下、重磨、再安置调解时间长达5分钟。可转位刀具用钝后转个位置只需11秒钟,而且连结刀具和工件的相对位置稳固。他认为钎焊式刀具已经是一种过时的技能。倘若把机床资助时间和劳动工时的丧失都思量在内,钎焊刀具的成本则高达1000美元。现在,东西厂商不停推出新的可转位刀片,任何人都能选到实用的刀片。以是,人们开始不大利用钎焊刀具了。townsend末了指出:"随着瑞士式车削加工的增长,以及瑞士式加工工厂消耗更多的可转位刀片,在美国市场上这类刀具的需求赶快增长。我们已经拥有150家用户,这个数字每天都在增长,远远高出了原来的预期。

manchester东西公司的瑞士式刀具生产部经理dave strobelt也认为:瑞士式加工每年都在增长。但就全美国的金属切削市场而言,比重仍不到10%。只管云云,刀具制造商仍关注着这个潜在的市场。从生长趋势来看,将会有越来越多的东西厂商提供为瑞士式加工办事的专门刀具品种。

涂层刀片

manchester东西公司的瑞士式刀具生产部经理dave strobelt指出,由于涂层的利用,使可转位刀片不但方便高效,而且在改进工件外貌光洁度、淘汰积屑瘤和改进切屑控制方面都卓有结果。manchester公司的双头刀片,经磨锐,并用pvd涂覆tin和ticn,使刀片在加工300系列不锈钢时有效地警备积屑瘤的孕育产生。刀片上的断屑器还可对这种不锈钢切削时孕育产生的带状切屑予以控制。strobelt还指出,该公司生产的一种csv刀片,经精磨、抛光,到达镜面光洁度,从而包管被切的工件外貌越发光洁。这一点对付小尺寸(直径小于5mm)的医疗、牙科器件加工至关紧张。这种刀片对凸轮式和数控式机床都很实用。

stellram东西公司的wills也指出,小直径和外形庞大是瑞士式车削加工零件的典范特征。这种零件加工时,要求东西厂提供的刀片颠末精致磨锐,利用时可不必对刀口作分外修整。他还指出,对瑞士式加工的场所而言,单涂层结果最好,过厚的涂层(5~6μ)反而不实用。

图5 实用于凸轮式机床和数控机床上加工的可转位刀具
(该刀具专为直径5mm以下的热博、小型零件制造商办事)
ntk东西公司的助理总经理noal buschmohle指出,涂层能延伸刀具寿命,以是,ntk公司贩卖的瑞士式加工刀片90%都颠末涂层。只管公司反复强调,用户自行重磨大概孕育产生裂纹、破坏和光洁度恶化等弊病,但仍有一些用户风俗于自行重磨,为照顾这部门需求,本公司的出厂刀片有10%不涂层。
century东西公司的koontz除了同意涂层对延伸瑞士式刀具寿命非常紧张外,还特别强调切屑控制的须要性,特别是堵截刀。他认为,century的堵截刀片末了都开了条槽,用于"破坏"切屑。倘若没有这条槽,切屑就会卷成q形,然后再折断推出。这个进程使切屑挡住了冷却油使之无法抵达刃口。而带断屑槽的刀片使切屑刚剥离就立刻被破坏,从而使切削油连续浇向刃口。

刀片基体

瑞士式加工的刀片,绝大部门都用细颗粒硬质合金作基体。
kyocero工业陶瓷公司的应用工程师brent lindsey说,在瑞士式加工中,有少量刀片接纳金属陶瓷和陶瓷。而刀具质料的选择紧张取决于加工工序的环境和工件质料。

iscar金属(美国)公司的技能培训部主任mike gadzinski指出,瑞士式加工的刀片基体根本上都是硬质合金。金属陶瓷刀片在高速条件下应用时,因为切屑流动轻快,可得到较好的工件外貌光洁度。但是,瑞士式加工机床的主轴转速通常不够高,以是更适于利用硬质合金刀片。在低于213m/min的速度下,金属陶瓷无法表现其优势。

manchester东西公司的瑞士式刀具生产部经理dave strobelt认为,涂层和基体的优化立室程度决定速度和进给量的利用水平。

stellram东西公司的技能经理david wills强调,细颗粒硬质合金基体对瑞士式车削非常紧张。但他又认为,刀具性能60%取决于涂层质量及其联合强度,仅有40%才分别是刀片基体和多少参数的影响。

在采访中,全部的东西制造商都同意这样的见解:即随着瑞士式刀具消耗量的日益增长,必将有更多的高效可转位刀具推出,用以代替平凡的钎焊刀具。

manchester东西公司的瑞士式刀具生产部经理dave strobelt说:"我信赖,在用户必要的刀具品种都能买到的时间,他们就会对可转位刀具树立信心。"

 

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