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大、重型工件的高效加工經驗

文字:[大][中][小] 2015/8/21    瀏覽次數:1037    

  高效加工(HPC)是指通過提高單位時間內金屬材料的切除量和加工過程的全面優化,進一步降低切削基本時間和輔助時間,提高加工效率,降低加工費用的一個系統工程。其核心是提高材料切除率,特別是在大型、重型工件的粗加工工序比較實用,能夠顯著降低基本切削時間。這一概念的提出是伴隨著現代刀具技術的發展和機床數控技術的推廣應用而產生的一種綜合加工概念。其主線是降低生產成本,提高經濟效益。

  1.應用現代刀具
  “工欲善其事,必先利其器”,刀具材料和涂層技術的發展為高效加工提供了保障?,F代刀具采用多種涂層技術(CVD、PVD、WC等)提高了刀具切削過程中的熱硬性,刀基材料采用了超細粉末冶金,提高刀具的耐磨性。如山特維克可樂滿、瓦爾特等國際著名刀具制造廠商采用的CVD涂層技術,其中α相的Al2O3結構穩定,性能優越,中溫CVD形成的TiCN極大地消除了在硬質合金基體和氧化鋁膜層之間脆弱的η相而提高了膜層的結合能力,從而可以大幅度提高切削速度;鈷加強的硬質合金基材又對刀具的刃口韌性進行了增強,從而提高了進給率;它的刃口還在涂層之后進行了拋光,從而降低了切屑與刀片之間的摩擦,減少了粘結磨損的發生,提高了刀具壽命;切削刃長度不斷加大,推出了15mm、19mm、25mm等大切深、重載荷的粗加工刀片??梢哉f,刀具技術的發展完全滿足了重型、大型工件高效切削加工的需求,實際使用也越來越廣,如密齒銑刀、長刃銑刀(俗稱玉米銑刀)都是重型工件高效加工的常用刀具。

  陶瓷刀具、立方氮化硼刀具的研究和推廣,為解決高溫、高硬度材料的加工提供了有效方案,有效減少了工件占用機床的時間。

  刀柄、轉塔、夾緊等連接方式的模塊化設計,從徑向、軸向全面高精度定位,保證每次裝夾的尺寸一致性,顯著降低換刀時間,減少了工件加工的輔助時間。
  現代化的刀具分類較細,針對性較強,具體應用時要根據不同的材料、不同的加工方式、不同的工藝特點進行合理的選擇,發揮刀具的最佳效能。這些現代化刀具的價格雖然比普通刀具高出1~2倍,但工件整體加工成本卻可以降低15%~20%,經濟效益顯而易見。因為作為易耗品的刀具花費在產品制造總成本中僅占3%~4%,而主要的費用耗費在機床占用時間和人工的成本(占20%~25%)上。
  2.選擇較大的機床功率儲備
  實現高效加工的第二個方面是機床要有較大的切削功率和有一定的功率儲備,即重型機床。這里的切削功率并不單指動力系統,而是指整個切削系統,包括機床結構、機床承重、齒輪傳動、夾緊系統、刀具系統等。機床結構形式多采用重心較低的結構,重心越高剛性越差,切削過程中的不穩定因素就要增加,如顫動、共振等現象的發生,這對大的切削深度或者進給速度都是非常不利的?;瑒訉к壉M可能選用平面H形一體化導軌,保證切削過程的平穩滑動。機床最大承重載荷應該大于工件毛坯重量的1.5~2倍,從而使得堅固耐用的設備可以在最大功率范圍內得到充分的利用。
  重型機床是大型、重型工件實現高效加工的基礎,其穩固的自身重量(一般>30t)為大型工件的高效切削加工提供了保證,剛性的刀具系統足可以滿足高效切削的大轉矩需求。
  3.材料切除量
  材料切除量Q 的計算。單位時間的材料切除量可以用下式表示:
  可以看出加大切深a e或者切屑厚度a p都可以提高材料切除量,而加大切屑厚度a p也就是提高進給速度,在工件材料、刀具型號和機床一定的情況下,進給速度的提高往往帶來主軸轉速的提高,這會加快刀具的磨損,降低刀具的使用壽命。但是加大切深a e并不影響刀具的使用壽命,因此,在粗加工過程中往往采用加大切深a e來提高單位時間的材料切除量,減少走刀次數,實現高效加工,特別是長徑(長寬)比例較大的工件,減少一次走刀所節省的機床占用時間是顯而易見的。
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