采用多功能机床高效加工PCD刀具
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随着轻型金属材料在汽车工业和航空工业的使用日益增多,对切削加工此类材料用的超硬刀具(如PCD刀具)的需求也不断增长。但是,PCD刀具的磨削加工成本昂贵,工序复杂,费时费力,制约了此类刀具的推广应用。
PCD刀具是将PCD复合片刀尖焊接到硬质合金刀片或刀杆基体上制成。制造此类刀具时,需要在不同的机床上分别加工PCD刀尖和硬质合金基体。硬质合金基体一般采用传统的磨削工艺加工;PCD复合片则需采用放电腐蚀工艺(线切割或放电磨削)进行加工。
为了简化PCD刀具的加工工序,提高生产效率,人们开发了可在同一台机床上对具有复杂几何形状和超光洁表面的PCD、PCBN刀具实现磨削加工和放电腐蚀加工的多功能机床。这种新型机床可实现高效率、多功能加工的关键是对电火花发生器进行了优化改进,从而使操作者可对电火花放电进行精确控制,以避免损伤工件表面,并可改善加工表面质量。这种新型加工系统的另一特点是配备了高灵敏测头、先进的控制软件和仿真软件,易于实现自动化加工。

瓦尔特Power+Diamond的多功能机床
德国的瓦尔特公司(Walter AG)开发了一种称为Helitronic Power+Diamond的多功能机床。这种五轴机床既可对硬质合金和高速钢基体进行传统磨削加工,又可对PCD复合片进行放电磨削加工,并可在这两种加工方式之间方便地进行转换。由于该机床具有双重加工功能,通过一次安装即可完成硬质合金基体和PCD复合片的加工,这就为一些规模较小的刀具制造公司进入PCD刀具市场提供了便利。该机床具有足够大的刚性,可使机床振动减至最小,保证被加工刀具与电极之间的放电间歇保持恒定。传统磨削加工和放电磨削加工可共用同一套冷却液/绝缘液供液系统。
瑞士的伊瓦格公司(Ewag AG)推出了一种名为ewamatic的多功能磨床。该机床可通过一次安装完成对硬质合金基体的磨削加工和对PCD复合片的放电腐蚀加工。这种加工方法避免了以往加工PCD硬质合金刀具过程中需将工件从一台机床转移到另一台机床的多次装卸过程,从而可减小由多次装夹引起的累积误差。ewamatic多功能磨床采用模块化设计,操作者可用磨轮的外圆弧和切向端面对具有相等或不等后角的刀具进行开刃。该机床的一个重要特点是采用了星形磨头,磨头上配置了6根独立的轴(最多可安装12个磨轮)。通过调整工作头,可完成对刀具的外圆面、切削角、切削刃的磨削加工。该机床可加工直径0.1~35mm、具有直齿或螺旋齿的圆柱形或圆锥形PCD刀具。
德国的Vollmer Werke Maschinenfabrik GmbH公司通过对PCD刀具电火花腐蚀加工技术的研究,开发出了QWD755/760系列五轴卧式CNC线切割加工机床。该系列机床可对阶梯刀具、成型加工刀具以及其它复杂形状刀具进行连续走丝成型加工。该机床第五轴(E轴)上的电极丝采用水平位置安装,克服了传统线切割机床电极丝垂直安装造成工件轮廓加工困难的缺陷,由于水平安装的电极丝可实现径向和轴向走丝,因此可对阶梯刀具和其它复杂刀具的外形轮廓进行成型加工。在工件一次装夹中,回转工作头(E轴和A轴)可在较大角度范围内进行切割加工。经优化改进的电火花发生器使操作者可对电腐蚀加工的输出功率进行精确控制,从而可获得≤Ra0.2μm 的加工表面粗糙度。该系列机床还配置了仿真软件、过程控制软件和优化软件。QWD760型机床的刀具加工范围介于顶尖中心线与QWD755型机床加工范围之间,该机床未设置尾座,适合加工刀杆较长的PCD刀具。
德国Jakob Lach GmbH公司的Lach-Diamant分公司2003年5月在汉诺威举行的Ligna展览会上推出了经重新设计的Dia-Profile放电磨削加工机床。这种八轴机床配置了新型的电火花发生器和驱动轴电机,加工PCD刀具时可获得优于线切割加工的表面质量。用线切割工艺加工PCD刀具时,PCD在钎焊后将丧失部分导电性,而用Dia-Profile机床磨削加工PCD则可保持其导电性,这对于优化PCD刀具的加工表面质量十分重要。Dia-Profile机床采用一个小半径的石墨轮(或铜轮)对给定的刀具轮廓进行放电腐蚀加工,磨轮的工作原理与CNC车床加工十分相似,它首先腐蚀加工出PCD刀具的粗略廓形,然后对磨轮进行修整,再进行精加工,如此反复,直至PCD刀具达到要求的表面光洁度。
本文作者:张宪 编译
原载:《工具展望》
上载于:2004-4-12 22:43:41

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