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從軋鋼刀片發(fā)展看金屬切削加工技術(shù)

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從軋鋼刀片發(fā)展看金屬切削加工技術(shù)

發(fā)布日期:2018-09-13 作者:http://contemporaryaquarium.com 雷德機械 點擊:

      從軋鋼刀具發(fā)展歷程看,從十九世紀末到二十世紀中期,軋鋼刀具材料以高速鋼為主要代表;1927年德國首先研制出硬質(zhì)合金軋鋼刀具材料并獲得廣泛應(yīng)用;二十世紀50年代,瑞典和美國分別合成出人造金剛石,切削軋鋼刀具從此步入以超硬材料為代表的時期。二十世紀70年代,人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石(PCD),解決了天然金剛石數(shù)量稀少、價格昂貴的問題,使金剛石軋鋼刀具的應(yīng)用范圍擴展到航空、航天、汽車、電子、石材等多個領(lǐng)域。


  軋鋼刀片材料的選擇是切削加工成功的基礎(chǔ)。與硬質(zhì)合金相比,PCD軋鋼刀具速度可達4000m/min,而硬質(zhì)合金只有其1/4。從壽命上看,PCD軋鋼刀具一般能提高20倍。從加工出的表面質(zhì)量看,PCD的效果比硬質(zhì)合金要好30%-40%。此外,CBN(立化氮化硼)超硬材料軋鋼刀具和表面涂層軋鋼刀具的發(fā)展對推動切削加工技術(shù)的進步也功不可沒。


  100多年來,軋鋼刀片的切削速度不斷提高,帶來了加工效率的變化,進一步帶來了加工范圍的拓展。切削加工發(fā)展的標志,就是高速切削加工(highspeedcutting,簡稱HSC)的發(fā)展。


  一個高速切削加工系統(tǒng)所涉及的方面很多。僅從加工過程上看,傳統(tǒng)的切削加工,一個被加工工件如模具,需要經(jīng)過毛坯退火—粗加工—精加工—淬火— EDM準備—電火花加工—特別的精加工—人工拋光等程序。而高速加工僅需要毛坯的淬火—粗加工—半精加工—精加工以及超精加工等環(huán)節(jié),從步驟上來說,就減少了三個,加工時間比傳統(tǒng)加工方法縮短30%-50%左右;在加工小尺寸部件時,這種優(yōu)勢尤其明顯。更有甚者,過去某些企業(yè)制作復(fù)雜的模具,基本上都需要 3、4個月才能交付使用,采用高速切削加工後,只需要半個月便可完成。


  一個高速切削加工系統(tǒng),由軋鋼刀具和技術(shù)兩部分組成。與軋鋼刀具相關(guān)的因素有軋鋼刀具材料的選擇、軋鋼刀具系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、軋鋼刀具需加工的邊緣形狀。而與技術(shù)密切相關(guān)的是CAD/CAM系統(tǒng)的選擇、軋鋼刀具加工路徑的規(guī)劃、切削參數(shù)的設(shè)置以及冷卻與潤滑環(huán)節(jié)。


  自高速切削普及以來,從1950年至2000年的半個世紀內(nèi),加工效率提高了4-5倍。當然,需要提到的是,高速切削一般是由其加工物件來定義其“高速”的范圍。


  軋鋼刀片在全部加工成本中所占比重并不大。我們以汽車業(yè)某制造過程為例來分析:機床等設(shè)備投資占總成本35%;設(shè)備工作時的能耗占7%;企業(yè)的正常運營成本占27%;冷卻及潤滑成本占17%;直接人工占9%;軋鋼刀具占4%。無獨有偶,機床加工鋁合金工件的批量生產(chǎn)成本中,冷卻及潤滑占16%;軋鋼刀具 4%;其他加工成本占80%。可以看出,軋鋼刀具在整個成本中,僅占了極小的一部分。但是,不可忽視的是,這4%成本的軋鋼刀具,卻可能影響到10%-15%的整體加工效率。


  對軋鋼剪刃來說,最關(guān)鍵的因素有三個,成本、壽命、效率。有實驗表明,若軋鋼刀具成本降低30%,整體成本大約降低1%;若提高50%的軋鋼刀具壽命,整體成本大約降低1%;但是,若盡可能的優(yōu)化切削參數(shù),提高20%的軋鋼刀具加工效率,那麼,每一個工件整體成本能降低15%以上。當然,要全面提高機床的生產(chǎn)效率,不僅應(yīng)通過高速切削減少工件的切削加工時間,還需大力壓縮加工輔助時間(含機床調(diào)整、程序運行檢查、空行程、起制動空運轉(zhuǎn)、工件上下料和裝夾、換軋鋼刀等時間)、待機時間和故障停機時間,因為在多品種小批量生產(chǎn)條件下,機床的有效切削時間一般只占其全部工時的25%-35%??梢?,除高速切削外,如何更加有效的加工,是制造業(yè)面臨的重要課題之一。


  目前,綠色加工技術(shù)已成為全球的熱點,這個綠色,包括了經(jīng)濟、環(huán)保、高效。從環(huán)保角度看,一方面是高速高效加工帶來能耗的降低,另一方面,冷卻液與潤滑液的選擇是非常關(guān)鍵。如上所述,冷卻液的成本在整體成本中所占比例頗高,達到16%左右。潤滑與冷卻的效果與整體的加工效率也非常相關(guān),尤其是對難加工材料,如鈦合金,切削到一定程度後,必須進行適當?shù)睦鋮s。隨高速切削的發(fā)展,冷卻液澆注時,軋鋼刀具經(jīng)常出現(xiàn)熱裂的情況,導(dǎo)致軋鋼刀具壽命降低,這一點需要改進。


  總之,在加工技術(shù)中,高精度、高效率、低成本、環(huán)保,及結(jié)果的可預(yù)見性,都將是明顯的趨勢。這個可預(yù)見性,是指軋鋼刀加工結(jié)果必須是可預(yù)測的、可控制的,而不是隨機的。這就要求操作者對加工技術(shù)有更深的理解。


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