大家乐湖北麻将APP|凡乐湖北麻将安卓版
網站公告列表     工作中學習,學習后工作,他山之石可以攻錯!  [  2005年8月31日]        
加入收藏
設為首頁
聯系站長
您現在的位置: 昆山市創瑞杰貿易有限公司 >> 技術專題 >> 切削技術 >> 正文
  [組圖]滿足孔加工和螺紋加工需求          【字體:
滿足孔加工和螺紋加工需求
作者:liven    專題來源:切削技術網    點擊數:6236    更新時間:2011-3-14    
目前,硬質合金已成為許多工業加工的首選基礎材料。多功能鉆頭也很受歡迎。許多用戶為了獲得與其生產要求相匹配的刀具,寧愿支付更高的刀具價格。

圖1 大昭和的EWB UP系列鏜刀的直徑調節最小分辨率為0.001mm,無需使用游標尺即可實現增量微調。鏜頭尺寸范圍20-100mm,對于任何鏜孔直徑均可調節平衡配重

圖2 ATI Stellram公司的的“剛骨”鉆頭采用雙重硬質合金結構,其芯部材料具有彈性,可承受作用于鉆尖的巨大壓力;其外圓部材料具有耐磨性,可承受刀具外徑處的較高切削速度
歷史學家認為,第一支絲錐大概制造于公元前400年,而鉆孔工具的問世還要早得多。盡管這些基本制造工藝已年代久遠,但意義重大的技術進步卻一直延續到今天。
航空、醫學、石油等行業的需求推動了大多數加工技術的進步,其中主要是對高精度、高效率、小尺寸以及(在許多情況下)對“清潔加工”的需求。
在加工直徑50mm或更小的孔時,鉆頭仍然是占有絕對優勢的工具,盡管激光、“水刀”和放電加工在孔加工領域的應用也在不斷增長。目前,硬質合金已成為許多工業加工的首選基礎材料。多功能鉆頭也很受歡迎。許多用戶為了獲得與其生產要求相匹配的刀具,寧愿支付更高的刀具價格。
為了滿足加工新的金屬材料的需求,肯納公司(Kennametal)開發了一種采用新牌號和新的幾何設計的可轉位式鉆頭。據肯納公司的Chet Parzick介紹,該公司的鉆頭已能鉆削加工直徑小至3mm、孔深達到30倍孔徑的小深孔。這些長鉆頭大部分都是為汽車零部件的加工而開發的。
大昭和精密工具公司(BIG Kaiser Precision Tooling)的Tim Stapula指出,對精密加工的需求推動了帶亞微米級可調鏜頭的鏜削刀具的開發(圖1)。例如,許多航空和汽車行業的用戶要求達到±0.013mm的鏜孔精度,為了實現流水線的高速運轉,這是必須保證的。為了確保精確定位,該鏜刀上配備了可用于高速鏜削的微調螺距差動螺釘和平衡調節盤。對于更小孔徑的加工,該公司提供了孔徑尺寸范圍4-20mm的Quatro 15 plus鉆頭系列。為了夾持直徑更小的鉆頭和立銑刀,大昭和提供了一種轉速為50-80000rpm的空氣主軸,其徑跳誤差僅為3µm。
當今的美國市場是由航空工業、石油天然氣工業的發展推動的。這兩個行業都大量使用不銹鋼和高溫超級合金(HRSA)材料。為了滿足加工這些材料的需求,山特維克可樂滿公司開發了CoroDrill 880鉆頭系列(孔徑12-64mm,孔深可至5D)。該公司的鉆削產品專家Curtis Cole指出,在鉆頭設計中,常常采用可轉位刀片式鉆頭進行半粗加工和半精加工。整體硬質合金鉆頭的成本較高,但鉆削精度高、定位能力好。整體硬質合金通常用于制造直徑20mm以下的鉆頭。山特維克的CoroDrill 880可轉位鉆頭的加工性能比它所替代的產品大幅提高。R846 Delta-C鉆削系統(金箭鉆)也是山特維克的最新產品,其特點是采用了正角鉆尖形狀設計、具有連貫一致的外形曲線和保護圓角的切削刃,以及能流暢排屑的較深槽型。這些設計有利于采用較高的切削速度、減小切削力和延長刀具壽命,使刀具均勻磨損,將刀尖角破損的可能性降至最低,穩定切削性能。
ATI Stellram公司新開發了一種雙重材料硬質合金鉆頭,其特點是應用了“剛骨”技術——鉆頭芯部采用一種可抵抗刀尖破損的微細晶粒硬質合金材料。據稱,該鉆頭的壽命是目前市場上常見的其它高性能鉆頭的4倍。Stellram公司全球產品經理Werner Mueller解釋說,該鉆頭采用了兩種不同牌號的硬質合金材料,一種具有較好的彈性,足以承受施加在鉆尖上的切削壓力;另一種具有較好的耐磨性,可與刀具外徑處的高速度相匹配。當刀具的外周切削刃以很高的表面速度進行切削時,鉆尖則可以吸收高切削壓力并基本保持穩定。所用的兩種硬質合金牌號都是根據加工要求專門設計的,可以根據被鉆削的工件材料選用不同的硬質合金牌號及其組合。由于磨損力減小,為了實現“零徑跳”,采用了140°的鉆尖角。目前,該公司已能提供用于切削鋼和鑄鐵的鉆頭牌號,其長徑比為3:1和5:1。年內將可提供長徑比為5:1和8:1的內冷式鉆頭。
Werner介紹了一個應用實例:某種加工要求在4140淬硬鋼上加工814個孔,原來需要使用3支鉆頭,加工時間超過66分鐘。而使用1支“剛骨”鉆頭進行加工,僅用34分鐘就鉆完了814個孔(加工速度為每孔2.5秒)。
聯合機械工程公司(Allied Machine and Engineering,AMEC)的產品經理Rob Brown表示,“我們非常重視對客戶需求的快速響應。客戶不想知道什么時候貨可以送到,他們只想知道為什么現在貨還沒送到!這是因為縮短開發周期的壓力很大,而車間里干活的人很少。與此同時,機床的單位時間運行成本也在不斷提高。我們公司擁有一個很大的刀具成品庫,備有各種幾何參數、不同長度和涂層的刀具。我們還可以為水電、建筑鋼材、汽車等特定行業提供適合其加工特點的刀具。”AMEC也能以最短的響應時間提供定制刀具。為了有助于專用刀具的快速交貨,AMEC開發了Insta-Quote系統,這是一種在線報價軟件包,可以實時提供產品報價和圖紙。為了縮短加工周期、減少刀具庫存,市場對多功能刀具的需求也很大。AMEC不斷向市場推出孔加工解決方案及產品,如GEN3SYS高鉆進率鉆削系統、GEN2 T-A開放式鉆頭,以及最新開發的Revolution Drill,這是一種可調式IC鉆頭,其直徑方向的最大調節量可達0.200",最大長徑比為4.5。
大多數刀具制造商都注意到,能高精度加工不銹鋼和超級合金的刀具有很大市場需求。為了滿足這種需求,住友電工硬質合金公司(Sumitomo Electric Carbide Inc.)為其SMD可換齒冠鉆頭設計了多種新型鉆尖,包括一種用于加工超級合金、采用特殊的切削刃制備方式和刀尖幾何形狀的鉆尖。據該公司的Paul Ratzki介紹,加工超級合金的鉆尖采用了耐磨性更好的硬質合金牌號和公司專有的DEX光滑涂層。由于不銹鋼和超級合金通常粘度較大,不易切削,因此對鉆尖切削刃的鈍化處理程度較輕。DEX涂層是為了滿足醫用零件加工的嚴格要求而開發的,刀具的基體和涂層都必須符合人體健康的要求。另一種新開發的MTL-C鉆尖用于鑄鐵加工。通過對鉆尖切削刃進行鈍化處理,最大限度地減少了加工鑄鐵時常見的崩刃現象。為了滿足對較長鉆頭的需求,將鉆體的長徑比擴大到8,從而改善了鉆頭的深孔加工能力。由于SMD可轉位硬質合金鉆頭采用了獨特的鋸齒狀聯接系統來聯接鉆尖與鉆體,提高了鉆頭精度,因此其加工精度比傳統的可轉位刀片式鉆頭更高。該公司今后將提供更多整體硬質合金鉆頭,明年還將推出直徑50mm以上的可轉位鉆頭。
螺紋可以通過滾壓、攻絲、銑制和磨制等工藝方法加工。
在攻絲加工時,直徑比孔徑稍大的絲錐被強力推進孔內,絲錐外圓周上的刀槽即可切出螺紋,加工的進行主要依賴于施加的扭矩。
在銑制螺紋時,直徑小于孔徑的銑刀以圓周運動與直線運動相結合的方式在孔壁上銑制出螺紋。
磨制螺紋僅限于加工高精度螺紋(如測微螺桿、滾珠絲杠副、機床主軸零件等)。對于硬度大于HRC50的工件材料,磨削可能是唯一可用的螺紋加工方法。
砂輪所用磨料從氧化鋁到金剛石或CBN各不相同。UGT公司的圓柱產品分部為螺紋磨削加工提供了Studer數控螺紋磨床。雖然它是一種標準機床,但配備了用于磨削分配的專用軟件。編程很簡單,通過一次性設置,用戶就能進行常規圓柱磨削和螺紋磨削。該軟件可以計算螺紋牙型和修形程序,還能控制C軸。只需撳下按鈕,即可生成標準螺紋牙型。

圖3 LMT Fette公司的螺紋滾壓裝置可以快速形成外螺紋
LMT公司可以提供多種型號的螺紋滾壓加工系統(包括軸向、徑向和切向滾絲裝置)。目前,這些滾絲裝置的最大市場是加裝在數控車床和加工中心上使用。與切制螺紋相比,用該裝置滾制螺紋加工速度更快。T220F切向滾絲裝置是最新開發的產品,可用于單軸和多軸螺紋車床以及數控車床上,其加工螺紋的規格范圍是M2–M38螺紋長度,滾制一個螺紋的實際時間約為1秒鐘。
許多螺紋加工都與緊固件有關,在直線傳動裝置、電子產品和輸電設備零件的制造中也有大量高精度螺紋需要加工。例如,Drake制造服務公司可以提供成系列的內、外圓磨床,可用于磨制絲錐、蝸桿、齒輪、絲杠以及動力轉向零件等。高精度蝸桿蝸輪副(質量符合DIN 2標準)要求齒廓和導程的偏差不超過幾個微米,此類蝸輪副用于驅動第四軸定位工作臺以及機床上的軸系、滾齒機上的自動偏心夾緊卡盤等,并越來越多地用于食品服務業的工業減速器齒輪箱,以及其他終端用戶難以容忍齒輪噪聲的場合。
Drake公司總裁James L. Vosmik指出,磨制螺紋的另一個不斷增長的市場與小型電子裝置(如iPods、黑莓手機、蜂窩電話、光盤驅動器、掌上電腦及類似裝置)的加工有關。加工這些電子裝置上的緊固件螺孔需要直徑3mm或更小的絲錐。目前,加工這種絲錐的磨床由直線電機驅動,與通過滾珠絲杠傳動的機床相比,允許采用更高的鏟齒速度。加上采用機械手從每次可盛裝300個以上工件的托盤上裝卸工件,使無人看管的自動化加工成為可能。
螺紋加工的可選方式包括攻絲、銑制、磨削和冷滾成型。車削螺紋和攻絲通常是零件加工的最終工序,因此,對于復雜工件來說,由于報廢成本太高,螺紋加工變得非常關鍵。
根據Advent Tool & Manufacturing公司Ross D. Wegryn-Jones的觀點,由于目前的機床具有螺旋插補功能已相當普遍,因此在一些加工中銑制螺紋正逐漸取代攻絲。螺紋銑削既可采用整體硬質合金銑刀,也可采用可轉位刀具。在加工材料較硬、加工周期較短、加工質量要求較高等攻絲容易出現問題的加工場合,采用螺紋銑削工藝具有優勢。然而,當螺紋底孔較小、孔深較大時,螺紋銑削會變得十分困難。為解決這一難題,專門從事螺紋銑削加工的Advent Tool公司提供了多種刀具解決方案。
螺紋銑削所需的機床功率很小。但是,操作者必須清楚,銑削螺紋時,在工具系統、機床和夾具上會增加側向負載壓力。為了克服這種側向負載,Advent Tool提供了多種解決方案,包括采用交錯排列刀齒、減齒和多種螺旋槽設計。
Wegryn-Jones指出,當刀具或絲錐折斷在工件中成為一個潛在問題時,螺紋銑制工藝的優勢就顯現出來,因為如果螺紋銑刀折斷,比較容易從工件中取出。由于螺紋加工是工件的最終加工工序之一,此時工件本身的價值較高,因此這是銑制螺紋一個很大的優勢。
在對標準螺紋進行典型的銑削加工時,螺紋銑刀的直徑通常應為螺孔大徑的75%。螺紋銑刀以每轉動一周沿Z軸進給一個螺距的速率反復作圓周運動(順銑),從而切制出螺紋。螺紋的配合精度等級取決于將能切出正確螺紋尺寸的正確銑刀直徑輸入控制器。控制器和程序員通過正確編制的加工代碼和程序,就能確保加工順利進行。

圖4 Advent Tool公司的標準可轉位刀體,采用楔形刀片鎖緊設計,用于銑削內螺紋
根據不同的加工要求,Advent銑刀可以采用不同數量的刀片(圖4)。例如,銑削直徑152mm的孔可以采用一把帶有30個刀片的大銑刀。如果對生產率要求不是太高的話,Advent還可以提供另一種只有幾個刀片的小銑刀。這種較小的銑刀所需加工周期可能稍長一些,但可應用于更多的加工場合。
采用旋轉刀具的螺紋成型加工通常是在一臺單獨的機床上進行,不過它也可以作為一種可選加工系統配備到某些常規機床上。在此類加工中(無論是加工內螺紋還是外螺紋),都是由工件向旋轉的刀具移動進給,當旋轉與進給的同步運動形成螺距時,刀具即可切制出螺紋。
由Leistritz公司機床部開發的另一種獨具特色的螺紋成型方法稱為“內旋法”。據該公司的Ralph Wehmann介紹,在“內旋法”加工中,單刃刀具既旋轉又擺動。擺動量可在機床數控系統中編程設定,并通過螺紋數據計算出來。這種運動確保了刀具能在與螺紋的螺旋角垂直的方向切除工件材料。該系統可對具有大長徑比的孔進行精密螺紋加工,因為刀具的主要支撐點正好位于切削處的后面。這種方法的加工精度可與內螺紋磨削加工媲美,同時其加工時間較短,加工周期較快。此外,它還可以改善表面光潔度,無需使用冷卻液,并可在硬度達HRC63的鋼件上加工螺紋。
“磨料水刀”孔加工工藝是Flow公司開發的一項重要技術,其應用才剛剛開始起步。據資深專家Steve Craigen介紹,該工藝非常適合在噴氣發動機零件、復合材料、玻璃、薄陶瓷、硬金屬等材料上鉆削小孔,其應用市場正在不斷擴大。

圖5 Flow公司的“磨料水刀”孔加工系統在通常用于波音和空客飛機結構件的35mm厚碳纖維復合材料平板上進行斜角鉆孔
該工藝在加工復合材料方面效果顯著(圖5),因為它不僅加工速度快,而且不會造成材料分層。由于噴氣發動機零件表面為了熱防護而涂覆有薄陶瓷涂層,與激光加工表面質量較差和放電加工速度較慢相比,“水刀”鉆削在這兩方面均具有優勢。存在的主要問題是鉆削蜂窩材料或僅有一側需要鉆削的情況。在這種情況下,“水刀”并不是完成加工任務的正確刀具選擇。高級技術副總裁Mohamed Hashish介紹說,Flow公司為這些加工開發了真空輔助工藝,事實證明,該輔助工藝對于在敏感材料上鉆孔可起到關鍵作用。在啟動水刀加工前,首先用一個外部真空源將磨料吸進切削頭,以確保工件材料不會受到純水流的沖擊而造成復合材料分層或玻璃材料碎裂。
航空工業的一種典型加工是在厚度僅為1-2mm的碳纖維噴氣發動機機艙壁上鉆孔。由于需要鉆孔的數量龐大(數十萬個),因此要求鉆削過程必須很快。采用“水刀”鉆削可以達到每孔不到1秒鐘的加工速度。不過,流體噴射的啟動與停止技術是一個仍需開發的領域,因為它對于確定鉆孔周期起著重要作用。目前,據說Flow水刀系統的加工速度已超過機械式鉆孔,并正向激光鉆孔的速度發起挑戰。
由于磨料的價格越來越昂貴,因此現在應該認真考慮如何更高效地使用磨料以及可能的回收方法。好在鉆孔并不需要太多磨料,例如,在常規切削(不是鉆孔)時,一臺加工系統每分鐘大約要用1磅磨料,而對于小孔鉆削而言,需要的磨料僅為每分鐘約0.15磅。
Agie Charmilles公司推出了兩種鉆孔機床——Drill 11和一臺為線切割放電加工鉆削預孔的機床。Drill 11是一種用于在硬材料(如淬硬鋼或硬質合金)工件上鉆孔的專用機床,鉆削孔徑范圍為0.3-3.0mm,轉孔深度可達200mm。利用其三軸數控系統,可對各種直徑的孔進行加工編程,以實現全自動加工。機床工作臺尺寸為400mm×300mm,工作行程為300mm×200mm×300mm,其多點鉆削功能和一體化轉軸使其可在多個位置自動進行電蝕鉆孔加工。使用一種可選購的微鉆,可加工小至0.1mm的電極。
為滿足加工孔徑更小、加工精度更高的雙重要求,Agie公司為現有的放電加工機床開發了一種小孔加工工具包,它有一個專用電極導向系統,可以采用0.05mm的電極加工直徑0.06mm的小孔。此外,Agie公司還可為用戶提供顯微鏡附件,將其安裝在放電加工機床主軸上,可以對小孔的質量進行精確檢測。
激光加工在孔加工市場具有其獨特作用,它在航空渦輪發動機行業特別受歡迎。對冷渦輪發動機的需求產生了巨大的孔加工市場。這些發動機通常需要在高于制造發動機材料熔點的溫度下運轉,為了正常運轉,發動機依賴于復雜的冷卻系統。例如,新型聯合攻擊戰斗機(JSF)的發動機上有超過200萬個孔,大部分是用100-250W的Nd∶YAG激光鉆削的。
Laserdyne公司副總裁Mark Barry指出,孔徑尺寸仍然是一種挑戰,在某些情況下,新設計的零件孔要求直徑小至0.025mm。此外,對于小型噴氣發動機的空前需求也推動了激光在孔加工中的應用。這些新規劃中發動機的龐大數量使自動化加工必不可少,生產速度已不再由操作者來決定。被加工孔的尺寸和位置正變得越來越復雜。在以前的設計中,冷卻孔通常是圓形的,可用一種固定方式進行加工。但分析顯示,非圓形孔和不規則的開孔模式可以實現更有效的冷卻。因此不再要求制造工程師將孔加工到某一直徑,而是要求通過特定的零件來產生流速,需要通過在工件上進行流動試驗來確定流速,然后再由計算機來確定孔的尺寸、形狀和位置。利用最新的激光鉆孔技術,目前可將冷卻液的流量誤差控制在額定流量的±2%-3%。

圖6 Tapmatic公司設計的自反轉攻絲裝置可避免主軸反轉,使機床能連續運轉加工
為了有利于保持發動機的溫度不會升高,許多零件都用隔熱涂層(TBC)加以保護,這可能會使鉆削加工變得更加困難。為了應對這種挑戰,Tapmatic公司采用一個自反轉攻絲裝置來避免主軸反轉退刀(圖6),從而使機床能按正確設定的速度連續運轉,這種加工方式消耗的動力(功率)只相當于機床主軸需要反轉退刀時的1/4。
據Tapmatic公司總裁Mark Johnson介紹,該公司為高效數控攻絲加工最新開發的自反轉、恒速攻絲裝置(CST)可以縮短加工周期、提高絲錐壽命,因為在切削過程中絲錐無需減速。由于機床主軸無需反轉,因此也無需減速,避免了機床主軸因反轉而引起的磨損,并可使攻絲的功率消耗降低75%。
在對生產率要求不太高的情況下,剛性攻絲是應用最廣泛的攻絲方法。Tapmatic公司推出了采用剛性攻絲技術的SynchroFlex系列產品。Johnson解釋說,采用這些產品可確保絲錐壽命提高一倍以上,并可提高螺紋質量,由于減少了更換絲錐的次數,從而縮短了輔助工時。為剛性攻絲開發的系列產品包括CAPTO柄、CAT柄、BT柄和直柄刀具,以及采用熱裝夾頭、TG夾頭、快換夾頭和ER套筒夾頭的絲錐夾持系統。
Tapmatic公司的CST和SynchroFlex刀具均可通過主軸提供最小量潤滑(MQL)。該公司還可為近干切削提供Dry-Cut MLQ潤滑劑,使用這種可降解的微量潤滑劑可以替代澆注冷卻液,并可節省廢液處理費用。
在最極端的情況下,已有可能在人的頭發絲上鉆出直徑為30µm的小孔。說得更實際一些,已有可能在鈦合金零件的傾斜表面上鉆出直徑0.1mm、深度0.9mm的孔。
然而,在使用微型鉆頭加工時,有一些參數是必須考慮但常常被忽略的。一個參數是主軸徑跳,粗而短的鉆頭比細而長的鉆頭對主軸徑跳更不敏感;其他參數包括主軸的諧振、Z軸的精度和主軸的剛性。
在普通機床或數控機床上,鉆削深度達到孔徑的15倍是可能的。可以采用兩步加工法:先用淺孔定心鉆加工,再用加長鉆加工。例如,在非金屬材料或塑料上,鉆削深度可達到孔徑的23倍。
如今,刀具供應商已經開發了許多刀具產品系列,每一種都有其特定用途。有一種三槽鉆頭,雖然并非全新設計的產品,但由于它能承受較大的扭矩,因此在加工輕型材料時可以實現很高的材料去除率。在加工大長徑比的孔時,三槽鉆頭比標準的二槽鉆頭性能更佳。
關于鉆尖幾何形狀,已有數百種設計方案。最理想的方法是針對每種特定的加工條件設計最優加工方案,而不是試圖用一種加工方案去解決所有的加工問題。
在鐘表行業,需要攻絲的孔徑小到0.35mm,需要在采用精密電主軸的高精度機床上用剛性絲錐加工,這種孔通常采用“啄擊”攻絲方式。
可以證明,在各種螺紋加工方式中,攻絲的效率最高。絲錐能以很短的加工周期加工出螺紋,并獲得一致的加工質量和較長的刀具壽命。通過對絲錐的退刀槽、倒錐、螺紋長度和排屑槽型等的獨特設計,可以獲得很高的加工速度。Emuge公司開發的全速絲錐可以在現代數控機床進行高速攻絲。如果攻絲時間每小時縮短10分鐘(機床費用為每小時150美元),則每年可以節省12.5萬美元,機床加工能力將提高833小時。
根據加工需要,螺紋銑削也是螺紋加工的一種非常不錯的選擇。設計的螺紋銑刀具有高的切削速度和進給量,加工出的螺紋具有良好的廓形、表面光潔度和尺寸精度,通過對螺紋深度和位置的嚴格控制,可以保證最優化的螺紋精度,螺紋銑削的優勢還包括能加工難加工材料、可避免絲錐折斷在工件內,以及形成易于控制的細小切屑。
專題錄入:liven    責任編輯:liven 
  • 上一篇專題:

  • 下一篇專題:
  • 發表評論】【加入收藏】【告訴好友】【打印此文】【關閉窗口
    最新熱點 最新推薦 相關文章
    全陶瓷銑刀的安全使用
    石墨加工專用刀具的特點與應…
    醫療行業需要更可靠的安全刀…
    從傳統時代到低碳經濟時代的…
    用合理制備切削刃的刀具加工…
    利用高壓冷卻液優化切屑控制
    專用刀具與復合刀具
    鏡面加工用單晶金剛石刀具
    用整體硬質合金絲錐高速同步…
    加工復合材料的切削刀具
      網友評論:(只顯示最新10條。評論內容只代表網友觀點,與本站立場無關!)
    | 設為首頁 | 加入收藏 | 聯系站長 | 友情鏈接 | 版權申明 |
    大家乐湖北麻将APP 12459194821846146190857310037679764385739163836614995492284594148859145777384458315905713406109525 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();