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專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)各種類(lèi)型機(jī)床的專(zhuān)用夾具、拉刀系列等
“智造”助力機(jī)床未來(lái)
- 分類(lèi):行業(yè)資訊
- 作者:
- 來(lái)源:
- 發(fā)布時(shí)間:2022-12-22 16:52
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【概要描述】進(jìn)入21世紀(jì),激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)著以機(jī)器制造技術(shù)為先導(dǎo)的先進(jìn)制造技術(shù)以前所未有的速度向前發(fā)展,航空零部件的制造也已進(jìn)入以數(shù)字化制造技術(shù)為特點(diǎn)的發(fā)展時(shí)期。據(jù)慧聰表面處理網(wǎng)小編了解,先進(jìn)的航空產(chǎn)品要求航空零件具有更優(yōu)異的性能、更低的成本和更高的環(huán)保性,而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復(fù)精度和可再現(xiàn)性。傳統(tǒng)的刀具已不能滿(mǎn)足以上要求,刀具行業(yè)因此而進(jìn)入了“高精度、高效率、高可靠性和專(zhuān)用化”的現(xiàn)代刀具生產(chǎn)新格局。
“智造”助力機(jī)床未來(lái)
【概要描述】進(jìn)入21世紀(jì),激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)著以機(jī)器制造技術(shù)為先導(dǎo)的先進(jìn)制造技術(shù)以前所未有的速度向前發(fā)展,航空零部件的制造也已進(jìn)入以數(shù)字化制造技術(shù)為特點(diǎn)的發(fā)展時(shí)期。據(jù)慧聰表面處理網(wǎng)小編了解,先進(jìn)的航空產(chǎn)品要求航空零件具有更優(yōu)異的性能、更低的成本和更高的環(huán)保性,而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復(fù)精度和可再現(xiàn)性。傳統(tǒng)的刀具已不能滿(mǎn)足以上要求,刀具行業(yè)因此而進(jìn)入了“高精度、高效率、高可靠性和專(zhuān)用化”的現(xiàn)代刀具生產(chǎn)新格局。
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進(jìn)入21世紀(jì),激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)著以機(jī)器制造技術(shù)為先導(dǎo)的先進(jìn)制造技術(shù)以前所未有的速度向前發(fā)展,航空零部件的制造也已進(jìn)入以數(shù)字化制造技術(shù)為特點(diǎn)的發(fā)展時(shí)期。據(jù)慧聰表面處理網(wǎng)小編了解,先進(jìn)的航空產(chǎn)品要求航空零件具有更優(yōu)異的性能、更低的成本和更高的環(huán)保性,而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復(fù)精度和可再現(xiàn)性。傳統(tǒng)的刀具已不能滿(mǎn)足以上要求,刀具行業(yè)因此而進(jìn)入了“高精度、高效率、高可靠性和專(zhuān)用化”的現(xiàn)代刀具生產(chǎn)新格局。
高速、高效切削
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我們正處于先進(jìn)制造技術(shù)快速發(fā)展時(shí)期,數(shù)控機(jī)床的推廣應(yīng)用,大大降低了零件加工的輔助時(shí)間,極大地提高了生產(chǎn)率。航空零件加工的總工時(shí)中,輔助時(shí)間縮短,切削所占的時(shí)間比例就相應(yīng)增大,要想進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)率,必須大幅度提高切削速度,這也是近幾十年來(lái)高速切削技術(shù)迅速發(fā)展的主要原因。高速加工最早主要用于航空工業(yè)輕合金的加工,現(xiàn)已成為航空制造業(yè)提高加工效率和質(zhì)量、降低加工成本的主要途徑。
在航空零部件加工中,高速切削正在被大量應(yīng)用,主要有以下幾個(gè)原因:
(1)為了最大限度地減重和滿(mǎn)足其他一些要求,許多構(gòu)件、壁板等采用“整體制造法”,即在大塊毛坯上去除余量,形成薄壁,細(xì)筋結(jié)構(gòu)的零件,需要去除大量金屬材料,導(dǎo)致切削時(shí)間占用零件總生產(chǎn)時(shí)間比例很大,因此提高生產(chǎn)率的途徑之一就是采用高速切削加工。
(2)飛機(jī)零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高,零件的薄壁、細(xì)筋結(jié)構(gòu)剛度差,要盡量減少加工中的徑向切削力和熱變形,只有采用高速切削加工才能滿(mǎn)足這些要求。
(3)難加工材料,如鎳基高溫合金、鈦合金、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼被現(xiàn)代航空產(chǎn)品大量采用,這些材料強(qiáng)度大、硬度高,耐沖擊、加工中容易硬化,切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重,屬于難加工材料。一般采用很低的切削速度進(jìn)行加工,如果采用高速切削,不但可以大幅度提高生產(chǎn)率而且可以有效地減少刀具磨損,提高零件的表面質(zhì)量。
高速切削加工具有不同于傳統(tǒng)切削加工技術(shù)的加工機(jī)理和應(yīng)用優(yōu)勢(shì),它是數(shù)控加工工藝觀念的轉(zhuǎn)變。根據(jù)航空產(chǎn)品的材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),要實(shí)現(xiàn)高速加工必須以先進(jìn)高速切削刀具為保證。高速切削刀具必須具有良好的耐磨性和高強(qiáng)度韌性,先進(jìn)的刀具材料、優(yōu)良的刀具涂層技術(shù)、合理的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù),高度動(dòng)平衡刀具系統(tǒng),安全可靠的夾緊方式,以及高同心度的刀刃精度等等。
刀具切削材料的發(fā)展方向及應(yīng)用
目前,在飛機(jī)制造領(lǐng)域中,高速鋼刀具約占總各類(lèi)切削加工總刀具量的6,硬質(zhì)合金刀具約占總刀具量的35%,超硬刀具(立方氮化硼、金剛石)占全部刀具總量不超過(guò)5%,今后隨著航空新材料不斷涌現(xiàn),硬切削、干切削應(yīng)用的增加,硬質(zhì)合金刀具、涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金剛石刀具的比例將大幅提高。
1.硬質(zhì)合金材料的發(fā)展
為了滿(mǎn)足高速切削技術(shù)的迅猛發(fā)展,以硬質(zhì)合金為主的各種刀具材料性能已經(jīng)全面提高,細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金的開(kāi)發(fā)及涂層技術(shù)在硬質(zhì)合金刀具上的應(yīng)用顯著地提高了硬質(zhì)合金材料的強(qiáng)度和韌性,用它制造的整體合金刀具正逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高速鋼刀具,使切削速度和加工效率提高了數(shù)倍,為高速切削的推廣應(yīng)用打下了重要基礎(chǔ)。整體硬質(zhì)合金還在一些復(fù)雜成形刀具中得到了應(yīng)用,滿(mǎn)足了產(chǎn)品加工多樣性的需求。目前國(guó)內(nèi)廈門(mén)金鷺特種合金有限公司、株洲鉆石硬質(zhì)切削刀具股份有限公司、四平博爾特工藝裝備有限公司及陜西航空硬質(zhì)合金工具公司都能為航空工業(yè)提供硬質(zhì)合金刀具,其產(chǎn)品性能接近世界先進(jìn)水平。
21世紀(jì)硬質(zhì)合金刀具材料應(yīng)重點(diǎn)在兩方面發(fā)展:一是細(xì)化晶粒使之達(dá)到納米級(jí)微晶等級(jí)。硬質(zhì)合金晶粒尺寸越小,硬質(zhì)合金的硬度就越高其耐磨性就越好,韌性和剛度也就越高,從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍;二是應(yīng)用新技術(shù)新工藝開(kāi)發(fā)新型硬質(zhì)合金提高硬質(zhì)合金內(nèi)在性能和質(zhì)量。
2.涂層技術(shù)的發(fā)展
刀具涂層技術(shù)在現(xiàn)代切削加工和刀具發(fā)展中起著十分重要作用,自問(wèn)世以來(lái)發(fā)展非常迅速,尤其是近幾年取得了重大進(jìn)展,化學(xué)涂層(CVD)仍然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝,相繼開(kāi)發(fā)了中溫CVD、厚膜三氧化二鋁、過(guò)渡層等新工藝,在基體材料改善的基礎(chǔ)上,使CVD涂層的耐磨性和韌性都得到了提高;而物理涂層(PVD)技術(shù)也取得了重大突破,在涂層設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程、自動(dòng)控制等方面都取得了重大進(jìn)展,開(kāi)發(fā)了適應(yīng)高速切削、干切削、硬切削的耐熱性更好的涂層,通過(guò)對(duì)涂層結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,開(kāi)發(fā)了納米、多層結(jié)構(gòu)等大量新型涂層,大幅度提高了涂層硬度和韌性。
3.超硬刀具材料的發(fā)展
超硬材料是指金剛石和立方氮化硼(CBN),其硬度比其他刀具材料高出幾倍,金剛石是自然界中最硬的物質(zhì),CBN的硬度僅次于金剛石。近年來(lái),超硬刀具材料發(fā)展迅速。
金剛石刀具材料分為5類(lèi):天然金剛石(ND)、人造聚晶金剛石復(fù)合片(PCD/CC)、金剛石薄膜涂層刀具(CD)、金剛石厚膜刀具(FCD)和人造聚晶金剛石(PCD)。ND的結(jié)晶各向異性,在進(jìn)行刀磨的使用時(shí)必須選擇適宜的方向;人造金剛石各向同性,其硬度低于ND,但強(qiáng)度與韌性好于ND。
金剛石刀具能夠有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料。如銅、鎢等有色金屬及其合金,陶瓷、硬質(zhì)合金,各種纖維和顆粒加強(qiáng)復(fù)合材料,塑料、橡膠、石墨、玻璃和木材等,但金剛石忌切鋼鐵和其他鐵族元素。
立方氮化硼(CBN)刀具材料具有極高的硬度和紅硬性,是高速精加工或半精加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金的理想刀具材料,由于CBN刀具加工高硬度零件時(shí)可以獲得良好的加工表面粗糙度,因此采用CBN刀具切削淬火鋼可以實(shí)現(xiàn)“以切代磨”。
4.高速鋼材料的發(fā)展
在未來(lái)刀具材料發(fā)展中仍要提到高速鋼材料的發(fā)展,盡管高速鋼材料在全世界的銷(xiāo)售額正逐年減少,但高性能鈷高速鋼和粉末冶金高速鋼的使用量仍在不斷增加,這2種高性能高速鋼比普通高速鋼具有更好的耐磨性、紅硬性和使用的可靠性。隨著人們對(duì)切削加工效率追求的提高和觀念的轉(zhuǎn)變,這些高性能高速鋼刀具在航空領(lǐng)域被大量采用。如航空難加工材料,自動(dòng)鉆鉚機(jī)上使用的鉆、擴(kuò)、鉸、锪一體高精度復(fù)合刀具以及加工飛機(jī)零件復(fù)雜型面的各類(lèi)復(fù)合刀具。
隨著科技進(jìn)步,先進(jìn)制造系統(tǒng),高速切削、超精密加工、綠色制造的發(fā)展和付諸實(shí)現(xiàn),對(duì)刀具提出了全新要求,未來(lái)刀具材料也必將有重大發(fā)展。刀具材料與工件材料雙方交替發(fā)展和相互促進(jìn),成為切削刀具不斷向前發(fā)展的歷史規(guī)律。在未來(lái),刀具材料必將面臨工件性能提高,加工批量加大和制造精度提升的更嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。材料科學(xué)的進(jìn)步,推動(dòng)了刀具材料的發(fā)展,而刀具材料的發(fā)展應(yīng)考慮原材料資源的制約。新品種的出現(xiàn),新舊品種各自所占比重的變化以及它們之間相互競(jìng)爭(zhēng)和相互補(bǔ)充的格局,將成為未來(lái)刀具材料發(fā)展的新特點(diǎn)。
刀具新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新品種的發(fā)展及趨勢(shì)
隨著制造業(yè)的高速發(fā)展,航空工業(yè)及模具行業(yè)等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)部門(mén)對(duì)切削加工不斷提出更高的要求,推動(dòng)了采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的刀具不斷涌現(xiàn),不斷豐富刀具品種。國(guó)內(nèi)外刀具制造商,如廈門(mén)金鷺特種合金有限公司等為了滿(mǎn)足航空制造對(duì)刀具的要求,與航空制造企業(yè)緊密合作,開(kāi)發(fā)新型刀具。由于飛機(jī)零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、零件壁薄和飛機(jī)零件采用鈦合金、鎳基合金、碳纖維及其他難加工材料多的特點(diǎn),因此引導(dǎo)著航空刀具研制向以下方向發(fā)展。
(1)高精度、高效率、高表面質(zhì)量。
(2)超高精度、超長(zhǎng)壽命。
(3)高強(qiáng)度、高剛性等難加工材料。
(4)各類(lèi)金屬材料與各類(lèi)復(fù)合材料夾層加工。
(5)開(kāi)發(fā)多功能刀具和高效專(zhuān)用刀具。
(6)可轉(zhuǎn)位刀具廣泛使。以往在航空材料加工中整體刀具占絕大多數(shù),隨著航空材料中鈦合金、高溫合金、高強(qiáng)度鋼在應(yīng)用中的增加,可轉(zhuǎn)位刀具的應(yīng)用也逐步增加,可轉(zhuǎn)位刀具具有不經(jīng)焊接、無(wú)裂紋等缺陷,充分發(fā)揮原有刀片的切削性能,并減少機(jī)床停機(jī)磨刀,裝卸刀具的輔助時(shí)間等優(yōu)點(diǎn),使用可轉(zhuǎn)位刀具比焊接刀具可提高切削效率35%以上。目前西方國(guó)家可轉(zhuǎn)位刀具進(jìn)入成熟期,其品種不斷增加,結(jié)構(gòu)優(yōu)化,幾何參數(shù)更加合理,在切削刀具中占有率達(dá)到8左右,我國(guó)使用不到3。所以對(duì)于我國(guó)航空工業(yè)零件加工,更廣泛使用可轉(zhuǎn)位刀具是未來(lái)的發(fā)展方向。
(7)刀具設(shè)計(jì)研制的數(shù)字化?,F(xiàn)代刀具不僅應(yīng)能滿(mǎn)足高速切削、干式切削、硬切削、復(fù)合切削加工等先進(jìn)切削技術(shù)的需求,而且要滿(mǎn)足產(chǎn)品功能的多樣化、結(jié)構(gòu)的合理化、外形的實(shí)用美觀等方面的更高要求,但以往刀具的設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn),依靠試驗(yàn)法,這種設(shè)計(jì)方法效率低、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品難度大,顯然已阻礙了新型刀具的開(kāi)發(fā)和使用,無(wú)法滿(mǎn)足先進(jìn)切削加工技術(shù)的需求。
現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展迫切需要先進(jìn)的刀具設(shè)計(jì)技術(shù),而刀具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是空間角度難計(jì)算,形狀復(fù)雜,尺寸繁多并且切削機(jī)理復(fù)雜,但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及CAD/CAM技術(shù)的高速發(fā)展,采用先進(jìn)技術(shù)和專(zhuān)用的應(yīng)用軟件及刀具仿真技術(shù)進(jìn)行刀具的研制開(kāi)發(fā)將成為未來(lái)刀具設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的方向。
與刀具相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展
刀具的切削不僅取決于刀具本身,還與使用機(jī)床、刀具與機(jī)床的連接、刀具的刀柄系統(tǒng)、刀具的動(dòng)平衡、刀具安全監(jiān)控系統(tǒng)等密切相關(guān),而與刀具相關(guān)的技術(shù)也與刀具技術(shù)一起在科技進(jìn)步推動(dòng)下取得了新的進(jìn)展。
1.高速切削時(shí)刀具刀柄系統(tǒng)
加工中心等數(shù)控機(jī)床以前一直采用傳統(tǒng)的7∶24實(shí)心錐柄工具系統(tǒng),這種刀柄由于只靠錐面結(jié)合,刀柄與主軸的聯(lián)接剛性較低,主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min,聯(lián)接剛性的不足更為明顯。對(duì)采用ATC刀柄換刀來(lái)說(shuō),每次換刀后,刀具的徑向尺寸都可能發(fā)生變化,存在著重復(fù)定位精度低問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題主要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)7∶24刀柄進(jìn)行改進(jìn)。在HSK刀柄的啟發(fā)下,近年來(lái)出現(xiàn)了7∶24刀柄的新型聯(lián)接技術(shù),如日本日研公司和大昭和公司分別研制出三處接觸(3LOCKSYSTEM)和雙面(BIGPLUS)2種7∶24聯(lián)接刀柄。與標(biāo)準(zhǔn)的7∶24刀柄比較,它們有更高的聯(lián)接剛性和精度,可用于高速、高效切削,并且還能與現(xiàn)有7∶24刀柄或機(jī)床兼容,是7∶24刀柄未來(lái)的發(fā)展方向,除對(duì)標(biāo)準(zhǔn)7∶24刀柄結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造外,目前主要采用新型的HSK刀柄和KM刀柄。
HSK刀柄是一種新型的高速錐形刀柄,其接口采用錐面和端面2面同時(shí)定位的方式,刀柄為中定,錐體長(zhǎng)度較短,有利于實(shí)現(xiàn)換刀的輕型化及高速化,由于采用端面定位,完全消除了軸向定位誤差,使高速、高精加工成為可能也是我們國(guó)內(nèi)制造廠刀具制造發(fā)展方向。高速刀具與主軸的連接技術(shù)隨著科技進(jìn)步今后還將得到不斷發(fā)展,使一些新概念刀柄——HSK、KM、3LOCK、BIGPLUS等刀柄得到進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
當(dāng)前主軸與刀具連接技術(shù)發(fā)展方向是:
(1)采用雙面定位系統(tǒng);
(2)裝夾精度高,夾持剛性好,結(jié)構(gòu)緊湊;
(3)刀柄帶平衡和減振裝置;
(4)發(fā)展多功能和智能型刀柄。
2.刀具動(dòng)平衡技術(shù)
對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的刀具還有平衡與安全問(wèn)題,在高速主軸系統(tǒng)中,任何旋轉(zhuǎn)體的不平衡都會(huì)產(chǎn)生離心力,不平衡的刀具或刀柄在高速切削時(shí)產(chǎn)生的離心力使機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng),旋轉(zhuǎn)刀具微小的不平衡量,在高速切削時(shí)都會(huì)造成很大的離心力,刀具不平衡產(chǎn)生的不規(guī)則切削力,將導(dǎo)致不規(guī)則的磨損,其結(jié)果一方面會(huì)影響工件的加工精度和表面質(zhì)量,另一方面會(huì)影響主軸軸承和刀具的使用壽命,更主要的是影響高速切削的安全性,所以高速切削需要認(rèn)真進(jìn)行刀具的動(dòng)平衡。
目前國(guó)外公司根據(jù)刀具動(dòng)平衡的要求開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用刀具動(dòng)平衡儀和立式刀具動(dòng)平衡儀,都可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的刀具動(dòng)平衡測(cè)量。新型動(dòng)平衡測(cè)量?jī)x發(fā)展的方向是測(cè)量精確高效、操作方便、功能強(qiáng)大。
3.刀具刃口鈍化的發(fā)展
目前國(guó)外進(jìn)口的整體刀具或可轉(zhuǎn)位刀片刃口大都進(jìn)行了刃口的鈍化。經(jīng)鈍化后的刀具或刀片刃口微觀缺陷徹底清除,有效地增加了刃口強(qiáng)度,其刀具耐用度一般可提高2至一倍,我國(guó)目前大部分刀具都未進(jìn)行鈍化處理,耐用度低,刀具消耗費(fèi)用大,所以刀具刃口的鈍化是我國(guó)當(dāng)前刀具制造發(fā)展的一個(gè)方向。
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“智造”助力機(jī)床未來(lái)
本司設(shè)計(jì)制造的夾具具有一次裝夾、多工位加工、操作方便的特點(diǎn),具有降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少人為因素、裝夾時(shí)間短的效率優(yōu)勢(shì),以及承受大切削力、定位準(zhǔn)確的可靠性能
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