高速切削加工工藝及其在汽車工業中的應用(上)

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tags: 高速切削加工    時間:2014-03-12 03:20:33
高速切削加工工藝及其在汽車工業中的應用(上)簡介
高速切削加工是面向21世問紀的一項高新技術,它以高效率、高精度和高表面質量為基本特徵,在汽車工業、航空航天、模具製造和儀器儀錶等行業中獲得了越來……
高速切削加工工藝及其在汽車工業中的應用(上)正文

高速切削加工是面向21世問紀的一項高新技術,它以高效率、高精度和高表面質量為基本特徵,在汽車工業、航空航天、模具製造和儀器儀錶等行業中獲得了越來越廣泛的應用,並已取得了重大的技術經濟效益,是當代先進位造技術的重要組成部分。


高速切削加工的技術特徵


高速切削是實現高效率製造的核心技術,工序的集約化和設備的通用化使之具有很高的生產效率。可以說,高速切削加工是一種不增加設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術。其技術特徵主要表現在如下幾個方面:


1)切削速度很高,通常認為其速度超過普通切削的5~10倍:


2)機床主軸轉速很高,一般將主軸轉速在10000~20000r/min以上;


3)進給速度很高,通常達15~50m/min,最高可達90m/min


4)對於不同的切削材料和所採用的刀具材料,高速切削的含義也不盡相同;


5)切削過程中,刀刃的通過頻率(Tooth Passing Freqnency)接近於「機床-刀具-工件」系統的主導自然頻率(Dominant Natural Frequency)。


1992年,德國Darmstadt工業大學的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工(High Speed Manu facturing,HSM)的概念及其涵蓋的範圍。認為對於·不同的切削對象,過渡區(Transition)即為通常所謂的高速切削範圍,這也是金屬切削工藝相關的技術人員所期待的或者可望實現的切削速度。


與傳統加工相比,由於高速切削顯著地提高了切削速度,從而導致工件與前刀面的摩擦增大並導致切屑和刀具接觸面溫度的提高。在該接觸點,摩擦帶來的高溫能達到工件材料的熔點,使得切屑變軟甚至液化,因而大大減小了對切削刀具的阻力,也就是減小了切削力,使得切削變得輕快,切屑的產生更加流暢。同時由於加工產生的熱量的70%~80%都集中在切屑上,而切屑的去除速度很快,所以傳導到工件上的熱量大大減少,提高了加工精度。高速切削加工技術的優點主要在於:提高生產效率;提高加工精度和表面質量;降低切削阻力。


高速切削加工在汽車工業中的應用概況


對於有大量材料需要移除的工件,具有複雜結構或超薄結構的工件(如發動機機體、缸蓋,汽車覆蓋件模具等),傳統上需要花相當長的機動工時加工的工件以及設計變更快速、產品周期短的工件,均能顯示出高速切削所帶來的優點。下面介紹汽車發動機和汽車零件、覆蓋件模具高速切削加工。


1.汽車發動機及其配件的高速切削加工


FTL:用高速加工中心組成高效率的柔性生產線(FTL),具有小型化、柔性突出以及易於變更加工內容等顯著特點。


為了發揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的高速切削加工技術和自動換刀功能的優勢,提高加工效率,對複雜零件的加工應儘可能採用集中工序的原則,即要求在一次裝夾中實現多道工序的集中加工,淡化傳統的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限,充分發揮設備和刀具的高速切削功能。同時,對刀具也提出了多功能的新要求,要求一種刀具能完成零件不同工序的加工,減少換刀次數,節省換刀時間,以減少刀具的數量和庫存量,有利於管理和降低製造成本。較常用的有多功能車刀、銑刀、鏜銑刀、鑽銑刀、鑽-銑螺紋-倒角等刀具。在批量生產線上使用一些針對性的工藝策略,還需要開發的專用刀具、複合刀具或智能刀具,以提高加工效率和精度,減少投資。在高速切削條件下,有的專用刀具可將零件的加工時間降至原來的1/10以下,效果十分顯著。


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