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减少刀片加工工序和复合加工-高速和高效切削
发布时间:2010-04-10 点击次数: 
 

我在同许多制造企业的同行交流时,发现他们通常会比较注重切削的三大要素(切削速度、进给、切削深度),而对减少加工工序却没有给予充分的关注。其实,减少加工工序经常会比提高切削参数更为有效。
比如,定位销孔是机械加工中最常见的一种要素,许多零件中都会遇到。我看到大部分工厂采用钻孔→扩孔→铰孔的工艺流程来完成这一要素的加工。因为有些销孔本身的直径并不大,一些用户觉得采用硬质合金对提高切削速度的意义并不是很实际,依然采用高速钢钻头来从事钻孔,然后再进行扩孔和铰孔。但由于高速钢钻头的刚性不好(高速钢的杨氏模量仅为硬质合金的1/3),它在进行钻孔时特别容易产生孔的不圆度,我们就不得不增加一道扩孔工序,以防止由于误差复映的原因造成铰孔不能达到产品质量要求。而硬质合金的刚性较好,加上现在一些优化加工质量的结构,往往可以免去扩孔这一工序。

右图是由肯纳提供的他们的整体硬质合金SE钻头与普通高速钢钻头钻孔圆度的对比。在这个对比中,高速钢钻头的圆度达到20祄,而作为整体硬质合金钻头的SE钻头的圆度仅为前者的1/5。按照这个对比结果,我们完全可以考虑免去扩孔这一工序,在某种场合,甚至可以替代要求不高的铰孔(譬如在制作用于挤压丝锥的螺纹底孔时)。
现在的硬材料直接铣削也是减少加工工序的有效方法。我在瓦尔特服务期间,曾经在上海交通大学的上海申模模具制造有限公司进行过硬材料直接铣削的试验。记得那次是使用直径16mm的刀片式精加工球头铣刀F2139,氮铝化钛涂层的超细颗粒硬质合金,切削深度0.7mm,行距0.5mm,转速7000r/min。加工的工件是已经热处理至50HRC的钢件。加工连续进行了大约1个小时20分钟,顺利完成了预定目标,刀片的后刀面磨损约0.15mm,应该认定完全可以继续切削。
这样的硬材料铣削等于是把传统的热处理以前的粗加工和热处理以后的半精加工合而为一,大大地节约了包括定位、装夹在内的许多时间,对提高加工效率也非常有帮助。

复合加工
复合加工是提高加工效率的另一个非常有效的手段。几个工序合并在一个工序里完成,至少是减少换刀,节约时间。有时甚至是几个工序同时进行,那节约的加工时间就更多了。阶梯钻是最简单,也是最常见的一种复合加工刀具。大部分的小型孔加工都需要在孔口处倒角,阶梯钻就是在钻孔完成的最后阶段开始进行倒角,待钻孔完成的同时也完成了倒角。
右图是瓦尔特的一把复合孔加工刀具。它能在一次进给中完成三断不同直径的孔三半精加工和相应的倒角:下方能正面看见刀片的部分完成小直径、大直径两个直径段的半精镗和中直径的倒角;上方只能看见刀片后刀面的部分完成中直径的半精镗和小直径、大直径的倒角。
右下的图则是瓦尔特用于汽轮机叶片根部粗加工的成形铣刀。如果不用成形刀具,用通用的球头铣刀走程序来进行加工,加工时间会非常漫长,效率很低。成形铣刀可以一次完成型面的粗加工,加工效率自然就高了许多。

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