切削刀具的最新發(fā)展對船舶工業(yè)加工的影響 |
| 發(fā)布日期：2010-08-08 11:34:01 來源：傲立機(jī)床網(wǎng) 瀏覽： |
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權(quán)衡影響船舶工業(yè)零件加工中的諸多關(guān)鍵因素將使制造效率不同以往。
每個(gè)零件的加工成本和切削時(shí)間、需加工的孔或表面的數(shù)量、機(jī)床性能和刀庫存儲(chǔ)量、裝夾的次數(shù)等等，這些因素將共同決定著切削刀具及切削方法的選用，以最終保證所加工的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器及其他零部件的高質(zhì)量水平。
目前切削刀具的重要發(fā)展，使得船舶制造高效加工成為可能。
船舶工業(yè)需要加工數(shù)目眾多、類型各異的孔
對于船舶工業(yè)的應(yīng)用場合來說，加工出不同尺寸、不同深度和不同質(zhì)量要求的孔是零件加工的重要一環(huán)，尤其是加工發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器。 為了獲得滿意的加工效果，這些應(yīng)用場合更加關(guān)注于加工方法和切削刀具的選用，因?yàn)闆]有哪一個(gè)切削領(lǐng)域會(huì)采用已經(jīng)過時(shí)的方法。
對于某些孔來說，單孔加工的方法所產(chǎn)生的公差及表面質(zhì)量在一定范圍內(nèi)是可以接受的，但對于有更多精確需求的孔加工而言，則需額外的加工工序或需采用完全不同的加工方法。 對零件質(zhì)量要求的輕微不同就有可能需要進(jìn)一步的加工， 這也就是為什么淺孔加工和深孔加工的最佳方法會(huì)截然不同。
任何圓孔的加工都由其直徑、深度、材料及所要求的質(zhì)量水平所決定。 其他影響因素包括：所用的機(jī)床、所要加工的孔數(shù)，以及切削和處理所需的時(shí)間。 基于此，評(píng)定各種可選的孔加工刀具和加工方法成為可能。
說到質(zhì)量水平，車間通常不會(huì)對相對寬松公差的孔加工和緊密公差的孔加工分別采用不同的方法。 這兩類對公差要求不同的零件加工，需確定切削方法和不同鉆入方式。以最常見的大約兩倍徑深的中等尺寸的鋼件孔加工為例，這也是許多行業(yè)中最普遍的一類加工，一個(gè)車間既有可能需要加工直徑公差為IT10的孔（即直徑偏差為84微米）； 同時(shí)，該車間也有可能需要加工直徑公差為IT7的孔（即直徑偏差為21微米）。
聯(lián)系到孔的質(zhì)量，零件的加工成本和交貨時(shí)間總是非常重要，這意味著必須使用正確的加工方法和刀具，以實(shí)現(xiàn)很高的生產(chǎn)效率以及出色的精度和表面質(zhì)量。穿透率和可靠性是成功孔加工的重要因素�，F(xiàn)代的可轉(zhuǎn)位刀片鉆是目前大部分應(yīng)用場合高效需求的最佳選擇，山特維克可樂滿的CoroDrill 880 鉆頭可輕松獲得公差在+0.25 mm以內(nèi)的孔。但是，要用旋轉(zhuǎn)鉆頭得到緊密公差孔，需安裝偏心夾套刀柄或徑向可調(diào)刀柄，以確保周邊切削刃圓角的精確定位。在使用固定刀具的CNC車床上，通常的機(jī)內(nèi)刀具測量就足夠了。
要加工公差很大的孔，選擇中等直徑的CoroDrill 880可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭，使用推薦的切削參數(shù)、推薦的槽形和材質(zhì)，就可以在數(shù)秒內(nèi)在鋼件上加工出符合標(biāo)準(zhǔn)的淺孔。這確保了高效大批量的孔加工，但無法保證IT10公差標(biāo)準(zhǔn)。為獲得滿意的公差值，就需要對周邊切削刃進(jìn)行精確定位，在這一點(diǎn)上，CoroDrill 880鉆頭可對刀片進(jìn)行預(yù)設(shè)置。擁有Wiper（修光刃）技術(shù)的刀片還可獲得杰出的表面光潔度。
另外，在機(jī)床上使用旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行孔加工的另一種解決方案是銑削孔。 這可以通過以下方法實(shí)現(xiàn)：使用現(xiàn)代整體硬質(zhì)合金立銑刀(如CoroMill Plura多用途刀具)、或可轉(zhuǎn)位刀片立銑刀(如 CoroMill 390 或 490立銑刀) ，或?qū)τ诟蟮目�，可以用圓形刀片銑刀(如 CoroMill 300 銑刀)，進(jìn)行螺旋插補(bǔ)銑。
與鉆削相比，銑削孔較費(fèi)時(shí)，但加工靈活性較高，同時(shí)，也可以使用更少的刀具、一次裝夾完成，可在永久裝配好的加工中心上使用。 該方法只適用于每孔加工時(shí)間限制不嚴(yán)格，且零件為一次性的或零件數(shù)量很少的情況。
精密中等尺寸的孔還可使用現(xiàn)代可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭進(jìn)行高效加工，但是需要額外的精加工工序。 在鉆削工序完成后，再執(zhí)行一次鏜削走刀，CoroDrill 880鉆頭可實(shí)現(xiàn)±0.05 mm的孔公差。 使用可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭時(shí)這是一種有利的方法，因?yàn)樗饕皇茔@體和刀片的設(shè)計(jì)和制造公差的影響。但是有一點(diǎn)，要達(dá)到IT7級(jí)孔公差，在鉆削工序完成后需額外執(zhí)行所需的鏜削或鉸削工序。
830高進(jìn)給鉸刀能在很短加工時(shí)間內(nèi)精加工一個(gè)孔，完全達(dá)到IT7級(jí)公差標(biāo)準(zhǔn)。 例如，使用鉸刀在鋼件上加工出兩倍直徑深度的中等尺寸孔，按照所推薦的切削參數(shù)，只需要一到兩秒時(shí)間。鏜削刀具CoroBore 825是另一種可選的解決方案，盡管可能需要更長的加工時(shí)間，但可提供更廣的應(yīng)用領(lǐng)域，靈活性也更高。
選用現(xiàn)代的高精密整體硬質(zhì)合金立銑刀是另一種有效的小批量精密孔加工解決方案。采用多切削刃的 CoroMill Plura精加工立銑刀，使用小的徑向切深進(jìn)行圓弧插補(bǔ)銑，可實(shí)現(xiàn)所需的高精度，但需要好的加工工況下好的刀具夾持來保證。 CoroGrip液壓機(jī)械強(qiáng)力夾頭通過很高的夾緊力，可確保最小的跳動(dòng)量以及出色的加工可靠性。 使用立銑刀進(jìn)行精加工工序通常比鏜削解決方案更快，這是因?yàn)榱€姷稁Ф鄠�(gè)切削刃。
接下來我們看一看深孔加工，尤其是超過百倍直徑的深孔，在先進(jìn)的刀具和定制的加工方法方面都有了非常重要的發(fā)展， 最有代表性的就是推出了用于單管鉆系統(tǒng)（STS）和雙管鉆系統(tǒng)（噴吸鉆）的可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭。如今，通過對車間的需求進(jìn)行廣泛調(diào)研和評(píng)估后，山特維克可樂滿正投入更多的研發(fā)力量，致力于將深孔鉆削的技術(shù)和方法更上一層樓。 對在深孔加工領(lǐng)域已經(jīng)擁有很高知名度的山特維克可樂滿而言，該舉措無疑將進(jìn)一步延伸其先鋒角色。
標(biāo)準(zhǔn)CoroDrill 800可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭為深孔鉆削帶來的益處包括：更高的生產(chǎn)效率、更低的成本、一致的質(zhì)量、輕松刀具裝夾和加工的安全性。目前的應(yīng)用范圍涵蓋：孔直徑為30～65 mm、孔公差為 IT10、表面光潔度為Ra 2 微米或更高。 使用STS系統(tǒng)，鉆深可達(dá)鉆頭直徑的150倍。 現(xiàn)在，CoroDrill 800可同時(shí)適用兩個(gè)系統(tǒng) —— 用于噴吸鉆的800.24和單管鉆的800.20。船舶工業(yè)中許多零件例如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器的螺旋槳軸等，都可以使用CoroDrill 解決方案。
目前，CoroDrill 800具有以下優(yōu)點(diǎn)，提升了深孔鉆削的性能和加工結(jié)果：
通用性好，適合于大多數(shù)類型的工件材料；
在廣泛的切削參數(shù)下斷屑及排屑順暢，排屑效率高，盡可能減少了切屑堵塞的風(fēng)險(xiǎn)；
許多情況下達(dá)到了雙倍的生產(chǎn)效率 ——更高的每轉(zhuǎn)進(jìn)給和更快的切削速度，帶來更快的穿透率；
新型支撐板設(shè)計(jì)以及可調(diào)整的刀具，可實(shí)現(xiàn)孔的高精度、高表面質(zhì)量以及好的直線度，以及特殊深孔的加工；
基本無需維護(hù)，大大減少了刀具室服務(wù)的需要。 這主要得益于鉆頭的設(shè)計(jì)簡單、穩(wěn)固。CoroDrill 800具有很高的刀具精度、穩(wěn)固的刀片座以及需要很少的備件，因此無需預(yù)設(shè)置。
以船舶工業(yè)為例，大型船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)公司引進(jìn)新型深孔鉆削機(jī)床和新一代深孔鉆削刀具，將性能和生產(chǎn)靈活性都提升到一個(gè)新的水平。
一家制造船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的公司與機(jī)床制造商以及切削刀具供應(yīng)商——山特維克可樂滿公司進(jìn)行了緊密合作，為包含發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的油孔鉆削等加工在內(nèi)的新的應(yīng)用建立相關(guān)加工工藝。 該應(yīng)用必須保證在生產(chǎn)一開始就高效。 例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上沿縱向鉆出長度剛剛超過1米、直徑為26～38 mm 的油孔。
“去年，我們想通過投資新的生產(chǎn)解決方案改善設(shè)備性能和生產(chǎn)靈活性，”該公司的刀具工程師解釋說，“所涉及的機(jī)床是一臺(tái)深孔鉆削中心，主要負(fù)責(zé)單管鉆削我們的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。這套設(shè)備由山特維克可樂滿支持的機(jī)床制造商負(fù)責(zé)安裝，安裝后我們生產(chǎn)的啟動(dòng)很順利。我們最初也遇到類似孔誤差的典型問題，但是，在運(yùn)行期間問題得到了解決。該機(jī)床還配備了姊妹刀具、簡易夾具、局部探測識(shí)別和定位檢查，可對發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行全面檢查。它可以處理兩種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，也可通過三班倒，一天在數(shù)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上進(jìn)行深孔鉆削。”
以鉆削機(jī)床為基礎(chǔ)，使用單管鉆系統(tǒng)（STS）可在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上鉆削出5個(gè)26mm和2個(gè)38mm直徑的孔。這種非常高效的方法要求必須具備帶切削液供應(yīng)和密封油壓頭的機(jī)床，以便可應(yīng)對大批量生產(chǎn)以及各種材料的加工。STS是基于通過油壓頭的外部切削液供應(yīng)，再通過管道的內(nèi)部切屑傳送的一種加工系統(tǒng)，所供應(yīng)的切削液會(huì)通過鉆管和已鉆孔之間的空間。
對于直徑為38mm 的孔，應(yīng)用的是新型標(biāo)準(zhǔn)的CoroDrill 800.20 鉆頭；而對于26mm 的孔，將使用定制的可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭，因?yàn)槟壳皹?biāo)準(zhǔn)的CoroDrill鉆頭所適用的直徑范圍為30 - 65 mm。
該公司的工程師繼續(xù)說道：“車間工人都喜歡使用新型CoroDrill鉆頭，因?yàn)樗浅Ｈ菀拙S護(hù)，也很容易在鉆管上進(jìn)行裝卸。而且，加工時(shí)鉆頭的性能非�？煽浚耆梢缘钟@管內(nèi)由于切屑堵塞而引起的生產(chǎn)干擾。與該工序之前所用的鉆頭相比，新標(biāo)準(zhǔn)的CoroDrill鉆頭設(shè)計(jì)非常合理。當(dāng)然，對我們而言，最為重要的是，當(dāng)我們需要滿負(fù)荷加工時(shí)，能通過更高的切削速度、更大的每轉(zhuǎn)進(jìn)給率以及生產(chǎn)靈活性實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)�！�
隨著高質(zhì)量孔和復(fù)雜孔零件需求的增長，深孔加工面臨著許多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方式的孔的獲得通常需要在額外的機(jī)床上通過下列加工方式來實(shí)現(xiàn)：擴(kuò)孔、鏜削、鉸削、珩磨、拋光以及其他工序例如螺紋切削和切槽。
從今天的需求可以看到，人們需要采用新技術(shù)的不同加工方法，來滿足零件的各種技術(shù)規(guī)格，以及保持很多行業(yè)對產(chǎn)量的高增長率的預(yù)期。機(jī)床和夾具的不斷開發(fā)也促生了深孔加工中的新思路和新方法。加工中心和鉆削中心機(jī)床正在執(zhí)行越來越多的深孔加工，同時(shí)，也越來越傾向于以最少的裝夾進(jìn)行孔的精加工。
零件制造商與深孔加工解決方案提供商之間的知識(shí)共享比以往更加迫切，并已成為雙方邁向成功至關(guān)重要的因素。 新的山特維克可樂滿深孔鉆削應(yīng)用中心的成立不僅成為一條紐帶，而且為此邁出了重要一步：專注于客戶制造。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期，需要新技術(shù)支持的深孔加工新理念。
在深孔加工應(yīng)用中心，山特維克可樂滿將已經(jīng)證明行之有效的解決方案和全新的解決方案完美組合在一起�；诋�(dāng)今知識(shí)共享的需求，該應(yīng)用中心的主要功能是推廣刀具和應(yīng)用工程技術(shù)，以及實(shí)施刀具測試和試驗(yàn)等相關(guān)活動(dòng)。
深孔加工的成功演變是建立在工藝和刀具的不斷發(fā)展、切削刃槽形和材質(zhì)、以及充分的冷卻液供給和合理的切屑控制基礎(chǔ)上的，通過最高的穿透率和加工安全性來獲得最滿意的加工結(jié)果。當(dāng)零件需要深孔具有更多特征時(shí)，例如出色的孔光潔度、復(fù)雜內(nèi)腔、變化孔徑、復(fù)雜輪廓、開槽、螺紋和變化的中心線方向等等，相應(yīng)的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、研發(fā)資源、工程技術(shù)能力以及客戶的參與度都將使結(jié)果大大不同。
山特維克可樂滿擁有廣泛的專家網(wǎng)絡(luò)，他們將豐富的刀具編程、工程技術(shù)能力和應(yīng)用中心最新組合在一起，主要提供深孔加工的開發(fā)和測試解決方案，客戶可以由此了解感興趣的零件設(shè)計(jì)和產(chǎn)量情況。此外，山特維克可樂滿深孔加工應(yīng)用中心的設(shè)施也向客戶開放，客戶可針對自己的零件進(jìn)行加工測試。
山特維克可樂滿的深孔加工中心建立起了一套可追蹤刀具和加工方法的記錄，該記錄適用于在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行的高效的復(fù)雜孔的加工。 例如，長軸零件（約 2.5 m 長）的加工，可通過鉆削和其他加工獲得一個(gè)復(fù)雜孔系。一個(gè)90 mm直徑的孔，通過先鉆削后磨削獲得緊密的公差和出色的表面質(zhì)量。在1.5m的深度，擴(kuò)孔和磨削得到115 mm 直徑的孔。在孔中較淺的部位再進(jìn)行擴(kuò)孔、磨削和倒角成形。 在這里，可通過鏜削和擴(kuò)孔形成兩個(gè)帶倒角的內(nèi)腔，也可通過磨削獲得最終成品尺寸。
如按傳統(tǒng)切削，該零件在機(jī)床上的加工時(shí)間要超過30個(gè)小時(shí)， 而山特維克可樂滿深孔加工應(yīng)用中心定制的深孔加工方案則把時(shí)間降低到7.5個(gè)小時(shí)。
除深孔鉆削外，通過單管鉆或雙管鉆系統(tǒng)，深孔加工應(yīng)用中心的成熟技術(shù)還可使匹配刀具用于加工各種復(fù)雜的和有限制的孔。 深孔加工應(yīng)用中心專門從事規(guī)劃所需工序、設(shè)計(jì)最佳的刀具或刀具組合等工作，以實(shí)現(xiàn)最高的加工性能和安全性，然后驗(yàn)證其可行性，并在正式投產(chǎn)后提供技術(shù)支持。
最新的銑削技術(shù)發(fā)展 —— 為實(shí)現(xiàn)更好的機(jī)床利用率
我們應(yīng)該積極關(guān)注最新的銑削刀具的發(fā)展，因?yàn)樵谶M(jìn)行新機(jī)床刀具投資的規(guī)劃時(shí)也應(yīng)將此考慮進(jìn)去。 在船舶工業(yè)的很多零件加工中將銑削作為主要的切削方法，銑削技術(shù)的發(fā)展將為我們尋找改進(jìn)的可能性和范圍提供了寶貴的參考。
應(yīng)用于平面加工的面銑削，范圍從獲得最大金屬去除率的粗加工延伸至輕載、精密的鏡面精加工。 機(jī)床功率和扭矩以及加工穩(wěn)定性是面銑削時(shí)經(jīng)常遇到的問題，與銑床的主軸或加工中心的性能有關(guān)。 切削作用和裝夾是影響其他參數(shù)使用的決定性的因素，例如切削寬度的選擇和可用的切削參數(shù)等。此外，刀具的多功能性也是一個(gè)至關(guān)重要的因素，因?yàn)橥话?A target="_blank">刀具需要執(zhí)行多項(xiàng)加工任務(wù)。
一款全新的45度面銑刀既可滿足大型銑床的改善利用需求，又可滿足小型銑床上混合生產(chǎn)的靈活性。 CoroMill 345是一款全新的、先進(jìn)的面銑刀，用于中等到小切深應(yīng)用場合。 獨(dú)特、精確而安全地刀片定位方式，保證運(yùn)用高進(jìn)給能力，同時(shí)產(chǎn)生低切削力。CoroMill 345 提供四種可選的刀具齒距、一系列刀片槽形和材質(zhì)，可最大限度優(yōu)化材料、工況和工序，使其成為一種全能型刀具。刀具的性能影響著機(jī)床投資。
45度是面銑削加工的理想進(jìn)入角度，因?yàn)橛泻玫谋∏行夹?yīng)和切削刃強(qiáng)度保證。但是，只要涉及到方肩銑削或輪廓銑削加工， 90度的銑刀則是必然選擇。 如今的加工需求，使得方肩面銑削在銑削工序中占有最大的份額。
對于新的90度銑刀、方肩面銑刀和各種立銑刀來說，刀具技術(shù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)之一是刀片上的全新平行鍛——位于刀具末端產(chǎn)生軸向表面的切削刃部分。 全新的CoroMill 490是一款方肩銑刀和面銑刀，主要用于一定切深、高進(jìn)給和高速的工序，正從小直徑向大直徑銑刀擴(kuò)展。通過獨(dú)特的、全新的平行鍛切削刃，可改善切削作用，提升軸向和徑向方肩表面的質(zhì)量。
CoroMill 490是高水平的新一代可轉(zhuǎn)位刀片技術(shù)應(yīng)用的代表，真正的修光刃（Wiper ）槽形將表面接刀最小化。高精度與高強(qiáng)度的完美結(jié)合確保獲得真正90度的方肩及有限功耗下最高的金屬去除率。它集立銑、面銑和方肩銑性能為一身，值得考慮，特別是當(dāng)您在為中等到輕型加工考慮機(jī)床投資時(shí)。
能夠在各種不同刀具類型間快速、可靠而準(zhǔn)確的變換（機(jī)床內(nèi)或機(jī)床外刀具），往往是一個(gè)不可忽視的優(yōu)勢。 這樣可以很大程度上優(yōu)化性能，特別是在一些加工中心和銑床上，會(huì)經(jīng)常用在小到中等尺寸的立銑刀。使用帶可互換頭式銑刀的概念已經(jīng)推出很多年了，但是能有多少這樣的刀具設(shè)計(jì)可以真正滿足現(xiàn)代的加工需求呢？這不應(yīng)該有任何妥協(xié)，對于大部分模塊化刀具，其性能主要取決于刀頭和柄部之間的接口質(zhì)量。
可轉(zhuǎn)位刀片立銑刀和整體硬質(zhì)合金立銑刀都有其最佳的應(yīng)用領(lǐng)域。刀片式立銑刀可在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)提供高靈活性和高金屬去除率。精制磨削的整體硬質(zhì)合金立銑刀可應(yīng)對精密刀具公差需求，長切削刃提供尤其適于大軸向切深時(shí)的高徑向精度加工。 集多種刀具性能為一身是帶可換頭式刀具的主要優(yōu)勢，提供更高的加工靈活性、更好的刀具經(jīng)濟(jì)性以及特定工況下的高性能。
除了切削刃的性能以外，將刀頭和柄部相連接的接口質(zhì)量至關(guān)重要。CoroMill 316 可互換頭式銑刀具有獨(dú)特的新接口，可確保很高的可靠性，允許進(jìn)行全槽加工到精密加工，這主要得益于刀具的抗彎強(qiáng)度高、軸向刀具長度的可重復(fù)性以及微小的徑向刀具跳動(dòng)量（零點(diǎn)零幾毫米）。
使用帶新型可互換頭式刀具可實(shí)現(xiàn)以下性能優(yōu)化： 對于大部分的立銑加工，可采取快速機(jī)床內(nèi)更換切削頭的方式，而不會(huì)丟失原切削刃位置。 長接柄用于長刀具懸伸的工序；短的、高穩(wěn)定性的接柄用于高功率的粗加工工序。最新的刀具槽形或材質(zhì)可輕松應(yīng)對各類加工需求。 新型可互換頭式刀具幾乎可適用于任何類型的立銑，加工性能優(yōu)異，從而增加了機(jī)床刀具投資的選擇范圍。 |
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