学文网【摘要】 现代高效刀具如何适应迅速发展的当今世界,使用户尽可能达到效率最高化、赢利最大化、质量最优化,需要不断在关键技术上进行改进及创新。调查显示,刀具材料、刀具涂层、刀具结构是进行高效刀具关键技术开发中关注的主要内容。
【关键词】 机械 刀具 开发 技术
Abstract : Modern efficient tool how to adapt to the rapid development in the world today, and reach the highest efficiency, profit maximization and superior quality needs us to improve and innovate constantly on the key technology. The investigation shows that cutting tool material, coating, cutting tools and structure are the key technology in the development of the main contents of attention.
1.高效刀具关键技术
现代高效刀具如何适应迅速发展的当今世界,使用户尽可能达到效率最高化、赢利最大化、质量最优化,需要不断在关键技术上进行改进及创新。调查显示,刀具材料、刀具涂层、刀具结构是进行高效刀具关键技术开发中关注的主要内容。
1.1刀具材料的决定性作用
调查结果表明,刀具材料是刀具研究开发与应用的基础,刀具材料的发展对刀具切削性能的提高起着决定性影响。广泛应用的刀具材料包括高速钢、硬质合金、超硬刀具材料(包括陶瓷、立方氮化硼、聚金刚石等)。而随着制造业的不断发展,硬质合金正在取代高速钢成为主要的刀具材料,超硬刀具材料的使用比重也在大幅增加。在知名的刀具供应商中,山高Jabro推出的全新整体硬质合金通用加工铣刀Solid2系列,可适用的加工温度由普通刀具的800℃提高到了现有的1100℃,从而提高了加工效率和刀具寿命,刀具的性价比得到了较大的提升。另一方面,随着干切削、硬切削的发展,国外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌号。
1.2刀具涂层不容小视
刀具涂层技术对刀具性能的改善和切削加工技术的进步也起着非常重要的作用。在调查中,记者了解到近几年来PVD正处于高速发展阶段,针对不同的切削加工应用条件,可对薄膜成分、结构进行选择,通过恰当的工艺手段,获取满意的切削效果,显示出对提高刀具性能的巨大潜力和独特优势。与此同时,为了提高加工铝合金等非铁金属和非金属材料的效率,金刚石涂层得到进一步的应用,产品覆盖了可转位刀具和整体硬质合金刀具。
1.3刀具结构创新速度加快
刀具结构的创新体现在刀具结构的优化、切削负荷的合理分布、三维断屑槽形开发以及带前角的螺旋形刀刃铣削刀片的问世和小规格浅孔钻的开发等方面,出现了各种新型可转位刀片结构,如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片等。刀具结构优化、几何参数更趋合理才能使刀具性能得到改善和提高,各种新型可转位刀具不仅在车削、铣削、钻削领域的应用有新的突破,而且扩大到拉削和齿轮加工等复杂形面的加工领域。如山特维克可乐满的CoroMill316是第一种可互换头铣削产品系列,能够覆盖10～25mm的直径范围,因其全新的倒角和圆角半径硬质合金切削头范围的扩展,可适用于更多的应用场合,刀柄与可互换式立铣刀通过独特的螺纹接口连接,实现了高强度与高精度的完美结合。
2.五金齿轮刀具技术的发展
据悉,五金工具,日用五金的一种分类,虽小却用途广泛。关注刀具技术发展的人会面对一个有趣的现象,即刀具技术的发展已明显地不再局限于以提高刀具应用的经济性和效率为目的而去持续改善产品的性能。人们获得了另一种印象:刀具作为一个工艺因素,正逐渐从仅仅是一种工具的角色中摆脱出来。
长期以来,人们把刀具看作是为实现加工过程而选用的一个机床部件,刀具潜力的发挥通常因机床的能力而受到限制。与此不同,如今的观点是:根据刀具的性质,刀具可以扩展机床的功能。
发生这种变化的原因是刀具制造业的角色转变,如今,刀具制造商有一种创新的自我意识,即不再只是供应所需的刀具,而是对复杂的加工问题给出可用的解决方案。因此,刀具制造商要用创新的刀具概念来满足用户在改进质量、提高效率、降低成本方面对刀具的需求。
2.1制造商与用户的密切配合
刀具创新开发的前提是刀具制造商、机床制造商与用户的合作,没有这样的协作,制造技术和材料开发领域的发展就难以奏效。
Fette公司开发的另外两项新技术表明了这种合作在解决复杂加工问题时的价值。一是采用金刚石涂层的整体硬质合金滚刀,用于加工制作Airbus380上含硅量25%的铝合金构件;另一个例子是Fette公司现在已可提供用于车-铣加工中心的带柄滚刀,该滚刀可用热装夹头装夹,使用可靠。
在齿条加工方面,Fette公司开发的一种刀具可以缩短加工链。可转位硬质合金齿条加工成组铣刀,能用于粗、精加工,可省去对淬硬齿条的磨削加工,因此可省去一台机床。
2.2新刀具对机床的好处
通过开发新的齿轮刀具,不仅可以减少加工链中的机床,而且对机床的设计也带来了新的要求。
在Fette公司新的研究工作中,还包括应用内冷却刀具所带来的好处。采用内冷却的滚刀和成形铣刀在加工齿轮时,冷却介质(***化液、油或空气)可通过刀具内部的冷却液通道到达切削区,对刀具和工件产生最佳冷却效果,同时还可以显著降低机床传动系统中轴承的温升。
此外,如研究工作所指出的那样,在进行干切削时,内冷却气流可以减轻切屑乱飞和避免切屑被重切,从而去除不利于后序加工和使刀具耐用度降低的因素,减少切屑在后刀面的刮擦,保证齿轮的表面质量。
2.3将三个工序综合为一个铣削工序
遵循以上新的自我定位,在这个领域里新刀具的开发会影响到加工工序的改变。例如,由Fette公司与Liebherr公司的齿轮制造技术人员一起开发的新型刀具系统"Twist-Free-Hob"改变了齿轮的加工,其合理性在于将迄今为止一直是分开完成的三个工序综合为一个工序,齿轮的加工不再像现在这样需要在三台机床上分别完成滚齿、倒角和剃齿,而是将粗滚刀、倒角刀(Chamfer-Cut-
System)和精滚刀(Twist-Free-Hob)装夹在一根心轴上,使粗滚、两端面去毛刺及倒角、精滚可在同一台机床上完成,节省了齿轮加工时间和成本,可以省去用于去毛刺和剃齿的机床,从而省去相应的刀具费用和机床维护费用。
该方法还可获得更好的加工质量,因为在这台机床上,滚齿加工能够实现轴向-对角线方向进刀以及应用"Twist-Free-Hob"技术,使滚切时出现的工件齿廓变形可以得到补偿,在工件淬硬后,不必再对齿轮进行后序加工即可进入装配。这样加工出来的齿轮在运转时噪声小且没有功率损失。
(作者单位: 黑龙江技师学院)
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