关注切削加工链的每个环节
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——德国第六届施玛尔卡登刀具研讨会
2004年11月10~11日在德国施玛尔卡登(SchmalKalden)召开了第六届施玛尔卡登刀具研讨会。290人出席了会议,其中约有50人为来自著名刀具公司的代表。会议认为:尽管刀具的切削效率在不断提高,但是仍应全面地关注加工链的每个环节。
生产的潜力究竟在哪?来自Emeg机床公司的车削专家Ulrich Walter博士在研讨会开始的发言中就提出了这样的问题。他从一个机床制造商的角度指出:与切削相关的技术(如刀具装夹、刀具交换、工件装卸)的发展与切削技术本身的发展不相称。他认为,用标准机床进行大批量“完整加工(Komplettbearbeitung)”的观点是错误的,因此,Emeg公司的做法是针对加工任务确定制造方案,包括采用复合加工(Kombibearbeitung)。尽管由于CBN刀具材料的持续发展使硬车削得到推广,但是,磨削仍然需要,该公司的VCS系列机床能在工件的一次装夹中完成干式车削和磨削。因为磨削所用的也是CBN砂轮,且仅用于精加工,所以可以延长两次修正的间隔时间,有利于提高加工质量的稳定性。

节省换刀的时间

在总的加工时间中约有1/3在做工件测量或换刀等这样的工作,由此产生“换刀能否完全不占用时间的想法”,Mapal公司的Dieter Kress 博士如是说。能否用同一把刀具做完尽可能多的不同工步?由Mapal公司开发的圆周铣刀,既可加工平面又可加工孔。例如,在加工传动箱壳体时可以用于不同部位的加工。又如被称为Kress的“完整加工”刀具,通过相应的设计和刀刃的布置把镗孔、锪平面与加工过渡面、台阶等组合在一起,实现了在一次走刀中完成内、外表面的加工。
Komet公司推出的刀具也显示出类似的特点,该公司的可调精镗刀可以加工出精度很高的孔。这把刀具靠感应装置提供能源,可对孔直径进行自动测量,机床的CNC系统能根据测量结果自动补偿刀具的磨损。此外,如Komet公司的“U轴系统”,在这种机电一体化的切削装置上刀具可作径向调整,使刀具的加工范围明显扩大。

刀柄尚有潜力可挖

刀柄对加工过程的作用越来越重要。Dieter Kress博士说:尽管德国可以为HSK刀柄而感到自豪,但是对刀柄仍然要给予足够的关注。Mapal公司已经开发了一种实用的刀柄——HFS(Head Fitting System)系统,该系统有切削液通道,操作简单,使用可靠,装夹精度高,可夹持CBN、PCD、涂层刀具等高精度刀具。
复合机床的应用对刀具提出了新的要求。复合机床售价贵,它在日本已有15%的市场份额,使用复合机床可在一次装夹中完成如车、铣、磨等各种加工。在复合机床加工中需要的刀柄应载有供控制的和供IT共享的刀具数据。“为此,我们必须制订一个新的通用的语言标准。”Sandvik Coromant公司的Eric Tjernstroem提出了这样的看法。Tjernstroem还列举了一个Mazak公司的例子,该公司的机床已经可用B、Z、X轴的联动进行加工,在这样的机床上进行“完整加工”,B轴甚至要转45°,用一般的刀具是不可能的。由Sandvik公司开发的“Twin-Tool”刀夹,由于多功能的切削角度,同一个系统可用于车削和铣削,用同一个刀片可进行粗、精加工。

微量润滑(MQL)仍是热门话题

很多年以来,人们一直试图减少切削液的用量,甚至完全不用。由于切削液处理只过滤掉比0.03mm大的杂质,因此,每排放1000L乳化液平均要付9分钱的排污费,这对于大批量生产是一个不小的负担。如在汽车传动箱壳体的加工中,每个工件分担的排污费约40分,这相当于全部刀具费用的30%~40%。福特汽车公司的Alexander Stoll说,该公司已把微量润滑技术应用于汽车动力系统零件的加工。例如,在控制阀生产线,一个铝合金壳体的压铸件采用准干切削,产品的质量和加工的效率不受影响,而加工成本可显著降低。然而Stoll指出,改用微量润滑必须慎重,因为在高效加工和干切削中控制热量的传播和扩散是一个很大的难题。在该公司的Vorfeld厂,就借助热象仪和非接触式传感器对热量的传递和分布作精确的分析,并借此改进加工过程。福特汽车公司在批量生产中的做法是把与受热区相关的80%部位由PT100传感器监控,每隔4s采样的数据被用作控制信号。
Grob公司的Thomas Glueder也报告了类似的情况,该公司作为设备制造商在缸体和变速箱的加工中使用1个或2个通道的MMS系统。Grob公司从1996年就开发干切削的机床,由于那些机床是卧式的,床身就承接着切屑。这些经历表明,缺少有关温度分布的知识及应有的处理,要把MMS用在大批量生产中是很难的。因此,在新的项目中需预先对刀具、夹具等进行温度控制。
Guehring公司的Peter Haenle指出,MQL不仅在经济上比一般的湿式加工有优越性,而且还有助于切屑处理,该公司在整体硬质合金钻头上采用MQL取得了明显的效果。在这种新型钻头上,由于采用了正前角不仅使切屑温度更低、长度更短,也更容易从切削区清走,同时,钻头还采用了适合MQL的槽型和专门的排屑槽涂层,也使MMS的空气介质与浇注乳化液的冷却方式相比达到了十倍的流速。MQL的另一个优点是切削液用量少,Guehring公司的一个用户在曲轴上钻削油孔(孔深20D),加工时不必倒屑,进给速度比硬质合金单刃钻提高10~12倍,MMS的消耗为每小时15ml,还延长了刀具的寿命。
来自多特蒙得大学切削加工学院的Klaus Weinert教授指出另一种情况,在切削加工使用量越来越多的高合金钢时,可指望一种更新的冷却方法,采用“干水”。

全面掌握刀具制造技术

Walter公司的刀具专家报告了该公司采用大的正前角使切削力减小、从而提高加工效率的做法。该公司的Michael Mueller博士展示了几何角度、刀具材料、涂层三者优化搭配的效果,这种做法也是现在的一种趋势,除了涂层工艺以外,硬质合金烧结工艺起着决定性的作用。
Kennametal公司的Tilo Krieg博士作了类似的说明,刀具制造商均掌握有专有技术,用户应当关注这些专有技术。他列举了该公司的SiAlON陶瓷,这种陶瓷材料尤其适合加工高温合金和铸铁,是通过专有的工艺技术开发的刀具材料,在加工镍基高温合金时与一般的Si3N4相比可显著提高刀具寿命,还可节省加工成本1/4。
会议报告还提到一种设计刀具的有限元软件,其特点是对于确定的刀具类型可定义特定的也是重复出现的载荷或应力状况,软件的计算模块包括刀具的各个部件,如刀体、夹紧和调整元件等。

一个永恒的话题

在挑选报告的时候,研讨会的筹办方选出了22篇报告,包括近几年刀具方面的共同课题——加工策略、切削技术、测量技术及批量生产技术。
值得注意的是,在会上发言的大多数用户企业似乎都较少为切削效率担心,更多的是对缩短总的加工时间——这个永恒话题的关注。正如来自Daimler Chrysler公司的Weldemar Zielasko所说,眼下我们又该为缩短辅助时间做点事了。
本文作者:赵炳桢(编译)
原载:《工具展望》2005年第3期
上载于:2005-9-3 14:59:52

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