刀具技術正在迅猛發展,以滿足不斷變化的需求和應對來自工件材質的更嚴峻挑戰。今天的加工車間需要以不同的視角來重新審視刀具。
在滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)需(xu)求(qiu)的(de)情況下,采(cai)用(yong)先進的(de)刀具可提高車間的(de)加工(gong)能力,如(ru)圖1所示(shi)的(de)這(zhe)(zhe)種(zhong)刀具,是(shi)來(lai)自Diamond Innovations公司(si)的(de)硬(ying)質(zhi)(zhi)材料(liao)車削用(yong)刀具。刀具技術發(fa)展迅猛,因此正確(que)地選刀可以使(shi)工(gong)藝(yi)發(fa)生本質(zhi)(zhi)上的(de)轉變。在金屬加工(gong)行業(ye),除了采(cai)用(yong)先進的(de)技術之外,沒有其(qi)他任(ren)何選擇(ze)。今(jin)后對機(ji)加工(gong)的(de)需(xu)求(qiu)將十分龐大(da),只(zhi)有采(cai)用(yong)先進的(de)技術才(cai)能滿(man)足(zu)這(zhe)(zhe)種(zhong)龐大(da)的(de)需(xu)求(qiu)。
Sandvik Coromant公司的航天開(kai)發部項(xiang)目經理Chris Mills先(xian)生(sheng)以航天工業為(wei)(wei)例指出:在今(jin)后20年(nian),為(wei)(wei)了滿足航天工業的生(sheng)產(chan)需求(qiu),從現(xian)在開(kai)始其生(sheng)產(chan)加(jia)工能力必須(xu)提高三倍。那么如何實(shi)現(xian)這一目標呢(ni)?
將加(jia)工(gong)(gong)能(neng)力提高(gao)三(san)倍(bei),是否簡單地將加(jia)工(gong)(gong)機床的(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)增加(jia)三(san)倍(bei)就(jiu)行了嗎,而加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝仍(reng)然保持今(jin)天現(xian)有(you)的(de)(de)(de)(de)水(shui)平(ping)?他說,實際上不可能(neng)出現(xian)這樣的(de)(de)(de)(de)情況。如(ru)果將現(xian)有(you)技術水(shui)平(ping)的(de)(de)(de)(de)機床數(shu)乘以(yi)3,那么就(jiu)意(yi)味著(zhu)機床操作人員的(de)(de)(de)(de)人數(shu)也(ye)要以(yi)同樣的(de)(de)(de)(de)倍(bei)數(shu)增加(jia)。這樣的(de)(de)(de)(de)情況簡直是難以(yi)想(xiang)象的(de)(de)(de)(de),因(yin)為(wei)工(gong)(gong)廠要聘用能(neng)勝任加(jia)工(gong)(gong)機械操作的(de)(de)(de)(de)合格工(gong)(gong)人是相當(dang)困難的(de)(de)(de)(de)。
因(yin)此,提高三倍產能(neng)需要(yao)從不斷發展的(de)先(xian)進技術中獲得,只有(you)通過這種途徑才(cai)能(neng)使(shi)現有(you)數量的(de)金屬加(jia)(jia)工操(cao)作人(ren)員(yuan)監(jian)控大量的(de)加(jia)(jia)工操(cao)作。
那么這(zhe)(zhe)些先進的(de)(de)技(ji)(ji)術來(lai)(lai)自于哪(na)里(li)?當然(ran),這(zhe)(zhe)些技(ji)(ji)術也涉(she)及(ji)機(ji)床(chuang)本身的(de)(de)發展。現(xian)在,機(ji)床(chuang)的(de)(de)加工(gong)(gong)速度(du)和(he)(he)加工(gong)(gong)精(jing)度(du)越來(lai)(lai)越高(gao),然(ran)而,工(gong)(gong)件本身并(bing)沒有以同(tong)樣的(de)(de)增量(liang)級(ji)發展,盡管(guan)它們也在發生(sheng)本質上的(de)(de)變化。現(xian)如今(jin),被(bei)加工(gong)(gong)的(de)(de)工(gong)(gong)件不只是對(dui)其加工(gong)(gong)精(jing)度(du)、交貨期和(he)(he)質量(liang)提(ti)出(chu)了更高(gao)的(de)(de)要求,許(xu)多車間還面臨著(zhu)以前從未遇到過(guo)的(de)(de)越來(lai)(lai)越多的(de)(de)難加工(gong)(gong)的(de)(de)材(cai)(cai)料問題。這(zhe)(zhe)些材(cai)(cai)料包括鈦合金(jin)、鎳基合金(jin)和(he)(he)致(zhi)密型石墨鑄鐵(CGI),更不用說(shuo),在某些情況下,還要以復合材(cai)(cai)料代替金(jin)屬材(cai)(cai)料。
換(huan)句話說,工(gong)件材(cai)料的(de)發展要(yao)比切削加(jia)工(gong)它們的(de)機床(chuang)發展更快(kuai)(kuai),變化更大(da)。在(zai)機床(chuang)與(yu)零件材(cai)料之間存在(zai)著一(yi)定的(de)差(cha)距,為了(le)(le)縮小甚(shen)至超越(yue)這一(yi)差(cha)距,發展最快(kuai)(kuai)的(de)技術便來自于金(jin)屬切削刀(dao)具,并(bing)且(qie)其(qi)發展速度超過了(le)(le)任(ren)何(he)其(qi)他的(de)加(jia)工(gong)工(gong)藝。
事實證明,刀(dao)具(ju)的(de)發展(zhan)和(he)變(bian)化是如(ru)此之大,因(yin)此,不論規模多大的(de)加工(gong)制造(zao)廠都需要(yao)對其刀(dao)具(ju)的(de)加工(gong)思路進行重(zhong)(zhong)(zhong)新(xin)評價。不但需要(yao)重(zhong)(zhong)(zhong)新(xin)檢查選刀(dao)方式,而且(qie)還(huan)要(yao)重(zhong)(zhong)(zhong)新(xin)考量影響刀(dao)具(ju)的(de)一些基本因(yin)素。但其中一些核心思想(xiang)已(yi)經(jing)過時,刀(dao)具(ju)的(de)標準(zhun)也(ye)已(yi)經(jing)發生(sheng)了變(bian)化。
最近,三家與刀具有(you)關(guan)的(de)(de)主(zhu)要公司(si),提出了加(jia)工(gong)車間現在應如何以(yi)不同(tong)的(de)(de)方式思考(kao)有(you)關(guan)刀具的(de)(de)問題。這些公司(si)是:Diamond Innovations公司(si)——世(shi)界(jie)上為刀具提供立(li)方氮化硼(peng)(CBN)材(cai)料(liao)和聚晶金(jin)剛石(PCD)材(cai)料(liao)的(de)(de)領(ling)先供貨商;Precision Dormer公司(si)——兩個刀具公司(si)的(de)(de)聯盟(meng),幾(ji)十(shi)年來一直(zhi)在提供高效率鉆削(xue)和螺紋加(jia)工(gong)的(de)(de)專用技(ji)術(shu);Sandvik Coromant公司(si)——世(shi)界(jie)第一位(wei)的(de)(de)金(jin)屬(shu)加(jia)工(gong)刀具供貨商。三家公司(si)的(de)(de)所有(you)工(gong)程技(ji)術(shu)人員,列舉了目前對刀具的(de)(de)性質(zhi)和使用產生根本影響的(de)(de)一些主(zhu)要因素:
具有(you)挑戰性(xing)的(de)材料(liao),包括替代材料(liao)和難以加工(gong)(gong)的(de)合(he)金材料(liao)。其中有(you)些材料(liao)的(de)加工(gong)(gong)性(xing)還不足(zu)鋼材的(de)25%,其每磅的(de)加工(gong)(gong)成本可達幾百美元;
幾何形(xing)狀(zhuang)越來越復(fu)雜的零件,如壁(bi)厚很(hen)薄、形(xing)狀(zhuang)很(hen)復(fu)雜的飛機零件;
體積很(hen)大的(de)零(ling)件,特別是對渦輪(lun)機(ji)和各種重型設備的(de)需求(qiu)不斷增加。每個(ge)零(ling)件的(de)高成本生產(chan),對這些零(ling)件的(de)加工提出了更加嚴格的(de)要求(qiu);
對專業化(hua)質量和(he)性(xing)能的(de)要求(qiu)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)高,如對加(jia)工飛(fei)機零件表面(mian)典型(xing)的(de)疲勞強度的(de)要求(qiu)。
以(yi)上這(zhe)些因素,都(dou)促使那些領先的(de)(de)(de)加工(gong)車(che)間開(kai)始(shi)考慮相關的(de)(de)(de)刀(dao)(dao)具問題。Diamond Innovations公司、Precision Dormer公司和Sandvik Coromant公司特(te)別(bie)提出了(le)5種(zhong)方式(shi),加工(gong)車(che)間必須根據這(zhe)5種(zhong)方式(shi),對他們的(de)(de)(de)刀(dao)(dao)具技(ji)術(shu)以(yi)及(ji)對提供(gong)這(zhe)一技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)公司以(yi)不同的(de)(de)(de)思(si)路進(jin)行思(si)考。選用(yong)刀(dao)(dao)具的(de)(de)(de)5項(xiang)新標準是:提高機床的(de)(de)(de)工(gong)作效率、滿足應(ying)用(yong)專(zhuan)業(ye)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)需求、增加金剛石(shi)刀(dao)(dao)具應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)百分(fen)比、將焦點(dian)集(ji)中在最大的(de)(de)(de)費用(yong)來源上、以(yi)及(ji)應(ying)該從一開(kai)始(shi)就考慮刀(dao)(dao)具的(de)(de)(de)問題。
提高機床的工作效率
不要只選擇使用(yong)壽命(ming)較(jiao)長(chang)或速度較(jiao)高的刀(dao)具。創(chuang)新(xin)的刀(dao)具也可以改變工(gong)藝,并可擴大機床的加工(gong)范圍。
CoroTurn HP刀具(ju)將焦(jiao)點集中(zhong)在(zai)高(gao)(gao)壓冷(leng)卻液(ye)的(de)流(liu)向上,其冷(leng)卻液(ye)的(de)噴射點集中(zhong)在(zai)刀刃(ren)的(de)上方。實踐證明,采用(yong)這種方式噴射冷(leng)卻液(ye)可使(shi)刀具(ju)的(de)使(shi)用(yong)壽命提高(gao)(gao)50%,速度提高(gao)(gao)20%。
為什么機加工(gong)車間(jian)在(zai)正常使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下會選擇(ze)更(geng)換刀具呢?最通常的(de)(de)(de)(de)(de)理由是(shi)他們希望(wang)延長刀具的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)壽命。如果新的(de)(de)(de)(de)(de)刀具在(zai)現(xian)有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)藝過程(cheng)中能工(gong)作更(geng)長的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian),那么它就有(you)可能為加工(gong)車間(jian)節約更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)資金,包括替代刀具費用(yong)(yong)和多次換刀所需的(de)(de)(de)(de)(de)勞務(wu)費用(yong)(yong)。
為了(le)提高(gao)機床(chuang)的(de)加(jia)工(gong)速(su)度(du)(du),很(hen)多具(ju)有(you)創新意識(shi)的(de)機加(jia)工(gong)車間會(hui)嘗試使用(yong)新型的(de)刀具(ju)。如果新刀具(ju)在高(gao)速(su)加(jia)工(gong)過程中起到了(le)很(hen)好的(de)作用(yong),并(bing)大幅度(du)(du)提高(gao)了(le)金屬去除率,那么(me)該刀具(ju)可為加(jia)工(gong)車間節約更(geng)(geng)多的(de)資金。也就是(shi)說,該刀具(ju)可以更(geng)(geng)有(you)效地提高(gao)加(jia)工(gong)車間的(de)生產率,允許它(ta)每一班(ban)能夠加(jia)工(gong)更(geng)(geng)多的(de)零件。
在工藝(yi)方面的(de)這兩大改(gai)進——使用(yong)壽(shou)命和加工速(su)度的(de)提高(gao),表明其(qi)投資(zi)可獲得(de)回報,這一(yi)點也使很多(duo)加工車間更有(you)理由采用(yong)高(gao)性能的(de)刀具。
然而(er),通過刀具來尋求提高(gao)工藝水(shui)平的(de)腳步不應(ying)該(gai)在這(zhe)里停止,它(ta)還具有很大的(de)潛力節約更多(duo)的(de)資金。因此,加工車間應(ying)千方百計地尋求各(ge)種方法,提高(gao)它(ta)們的(de)加工能力,因為先進的(de)刀具不但(dan)能夠(gou)延(yan)伸加工工藝,而(er)且(qie)還可以促使工藝進一步完(wan)善(shan)。
Precision Dormer公司的產品經理(li)Andrew Hunter先生(sheng)針對刀具的轉換問題列舉了一個(ge)例子(zi),這(zhe)個(ge)例子(zi)看起(qi)來似乎非常簡單(dan),但他特別(bie)提(ti)到了精密鉆削(xue)加工(gong)技術(shu)的現狀。
Andrew Hunter先(xian)生說,當今(jin)許多孔(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)應(ying)用領域中,再也(ye)不需要鉸孔(kong)這道(dao)工(gong)(gong)(gong)序(xu)。鉆(zhan)(zhan)削(xue)加(jia)工(gong)(gong)(gong)可(ke)以(yi)比(bi)過去任何時候都能夠達到(dao)更(geng)高的(de)(de)質量(liang)標準,讓車(che)間(jian)具(ju)有更(geng)大的(de)(de)潛力,而要達到(dao)這一目的(de)(de),只需通過鉆(zhan)(zhan)削(xue)加(jia)工(gong)(gong)(gong)這一道(dao)工(gong)(gong)(gong)序(xu)就可(ke)以(yi)達到(dao)必要的(de)(de)孔(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)精度(du)和質量(liang)要求(qiu)。在許多加(jia)工(gong)(gong)(gong)車(che)間(jian)內,雖(sui)然人們對采用中心鉆(zhan)(zhan)、鉆(zhan)(zhan)頭(tou)和鉸刀的(de)(de)孔(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝可(ke)能非常熟悉,卻(que)很(hen)難忽略這一工(gong)(gong)(gong)藝程序(xu)所需的(de)(de)費用。
Precision Dormer公(gong)司(si)經常為加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)車間提供咨(zi)詢服務,并說明在(zai)(zai)什么地方可(ke)不(bu)必使(shi)用鉸刀(dao)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)。如(ru)果鉆(zhan)頭切(qie)削(xue)參(can)(can)數(shu)的(de)(de)變(bian)化大(da)體上(shang)相(xiang)當于(yu)車間目前(qian)已(yi)經在(zai)(zai)使(shi)用的(de)(de)參(can)(can)數(shu),那么就可(ke)以加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)出(chu)符合質(zhi)量的(de)(de)孔。如(ru)果不(bu)是(shi)這樣,那么Precision Dormer公(gong)司(si)可(ke)以幫助車間很快(kuai)地尋找和(he)評價(jia)另一種加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)性能更好(hao)的(de)(de)鉆(zhan)頭。即使(shi)新刀(dao)具的(de)(de)價(jia)格(ge)稍微(wei)高一點,其增加(jia)(jia)的(de)(de)費用與其節約(yue)的(de)(de)費用相(xiang)比(bi)也可(ke)以說是(shi)微(wei)不(bu)足道的(de)(de),因為在(zai)(zai)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝中再也不(bu)需要(yao)使(shi)用不(bu)必要(yao)的(de)(de)刀(dao)具,從而也省去和(he)解決了在(zai)(zai)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)周期(qi)中所不(bu)需要(yao)的(de)(de)刀(dao)具更換(huan)問題。
Sandvik Coromant公司的(de)業(ye)務拓展經理Bill Tisdall先(xian)生一直從事新設計刀具的(de)測試和優(you)(you)化工作。他(ta)認為其(qi)實有很多方法都可以通過刀具的(de)發展來提(ti)高生產率(lv)。他(ta)迫切要求加工車(che)間(jian)思考(kao)如何正確使用刀具,以發揮其(qi)潛(qian)在優(you)(you)勢。
1.利用機床(chuang)的特(te)點
您的(de)(de)刀(dao)具(ju)是否能發揮全部(bu)潛(qian)能以使機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)每天都提高加工水平?一(yi)般在(zai)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)加工中,最流行的(de)(de)是使用(yong)高壓(ya)冷(leng)(leng)卻(que)液。現在(zai),還很少(shao)有加工車間會讓他(ta)們的(de)(de)刀(dao)具(ju)全面利用(yong)70bar(1bar=0.1MPa)壓(ya)力的(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)液來供(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)使用(yong)。
Sandvik Coromant公司的(de)CoroTurn HP刀(dao)具可(ke)通過這個壓(ya)力(li)提(ti)高功效(xiao),將(jiang)高壓(ya)冷卻液(ye)(ye)精(jing)確(que)地集中(zhong)噴射到刀(dao)具正上方的(de)刀(dao)刃上,CoroTurn HP刀(dao)柄(bing)可(ke)使(shi)高壓(ya)冷卻流(liu)轉變(bian)成一個楔形(xing),使(shi)切(qie)(qie)屑向上翹(qiao)曲而被切(qie)(qie)削液(ye)(ye)沖走(zou)。在難加(jia)工材(cai)(cai)料——Inconel 718材(cai)(cai)料的(de)加(jia)工中(zhong),使(shi)用此(ci)方法,可(ke)以將(jiang)刀(dao)具的(de)使(shi)用壽命提(ti)高50%,或(huo)使(shi)速度增加(jia)20%。
2.減少(shao)安裝(zhuang)時(shi)間
由Sandvik Coromant公司提供(gong)的(de)Coromant Capto系(xi)統(tong)是車削(xue)加工中(zhong)快速換刀(dao)(dao)系(xi)統(tong)的(de)工業(ye)標準。它可(ke)允(yun)許(xu)快速換刀(dao)(dao)或(huo)(huo)使新工件加工用(yong)的(de)刀(dao)(dao)具快速進行鎖緊定(ding)位,無需(xu)調節刀(dao)(dao)具的(de)位置(zhi)或(huo)(huo)重(zhong)新設置(zhi)刀(dao)(dao)具的(de)偏置(zhi)度。同樣(yang)的(de)Coromant Capto概念也已應用(yong)于旋轉式刀(dao)(dao)具中(zhong),由此新銑刀(dao)(dao)或(huo)(huo)鉆頭的(de)使用(yong)或(huo)(huo)更換也變(bian)得極為方便,鎖緊定(ding)位快速,不會延長任何更換時間。
3.采用QS系統
該公司的(de)QS系(xi)統(tong)是另一(yi)(yi)種可降低(di)安裝(zhuang)時間(jian)的(de)系(xi)統(tong),應用(yong)于瑞士式(shi)車床。采用(yong)QS系(xi)統(tong)以后,刀具可以快速地(di)(di)裝(zhuang)卸和自(zi)動地(di)(di)在(zai)中(zhong)心上鎖(suo)緊定位。根(gen)據一(yi)(yi)位使用(yong)瑞士式(shi)車床的(de)車間(jian)使用(yong)者的(de)計算,采用(yong)該系(xi)統(tong)每年可在(zai)一(yi)(yi)臺機(ji)床的(de)調試和設置時間(jian)方面節約100000美(mei)元。
采用無人化(hua)管理的(de)運行(xing)模式。除了刀具(ju)(ju)的(de)使用壽命和(he)速度之外,還(huan)應(ying)多(duo)思考有(you)關刀具(ju)(ju)可靠性的(de)問題。目前(qian),沒有(you)任(ren)何(he)車間能(neng)夠全面(mian)認識到(dao)刀具(ju)(ju)潛在的(de)價值,不知道刀具(ju)(ju)究竟能(neng)達到(dao)多(duo)高的(de)恒定性能(neng)水平。
為(wei)什(shen)么(me)恒定的(de)性能具有(you)(you)如(ru)此(ci)高(gao)的(de)價值呢(ni)?因(yin)為(wei)它能夠(gou)(gou)以(yi)潛在(zai)(zai)的(de)最高(gao)利(li)潤改變加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝,足以(yi)使操作(zuo)(zuo)員從機床(chuang)操作(zuo)(zuo)中解放出來,使其(qi)能夠(gou)(gou)操作(zuo)(zuo)更(geng)多的(de)機床(chuang)、檢(jian)驗零件,或(huo)在(zai)(zai)機床(chuang)運(yun)行(xing)的(de)同時執行(xing)相關的(de)5S技術(shu)或(huo)其(qi)他的(de)精益生(sheng)產(chan)管理工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)。Sandvik Coromant公司(si)將其(qi)稱之為(wei)“綠燈生(sheng)產(chan)”。如(ru)果機加(jia)工(gong)(gong)車間(jian)能夠(gou)(gou)確切預測刀具在(zai)(zai)什(shen)么(me)時候需要更(geng)換,那么(me)該(gai)加(jia)工(gong)(gong)車間(jian)就可以(yi)以(yi)這一方式運(yun)行(xing)其(qi)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝,不(bu)需要保證(zheng)有(you)(you)一位操作(zuo)(zuo)員時刻(ke)停留在(zai)(zai)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)現(xian)場(chang)。
Sandvik Coromant公司的(de)(de)GC1125和(he)GC1515型新等(deng)級(ji)刀(dao)(dao)(dao)具是專門(men)為(wei)(wei)“綠燈生產”設(she)計的(de)(de)。鑲刀(dao)(dao)(dao)片的(de)(de)可靠性(xing)來自于(yu)涂(tu)層(ceng)與基(ji)(ji)質材(cai)料(liao)的(de)(de)平(ping)衡(heng)。為(wei)(wei)提高刀(dao)(dao)(dao)具的(de)(de)韌性(xing)和(he)密度,其基(ji)(ji)質材(cai)料(liao)的(de)(de)硬度稍低,而(er)涂(tu)層(ceng)的(de)(de)成份則有利于(yu)提高刀(dao)(dao)(dao)具的(de)(de)抗磨(mo)強(qiang)度。
這(zhe)(zhe)些刀(dao)(dao)具的(de)(de)刀(dao)(dao)刃(ren)也非常鋒利,這(zhe)(zhe)是(shi)“綠(lv)色生產”需(xu)要(yao)(yao)刀(dao)(dao)具具備的(de)(de)另(ling)一個重要(yao)(yao)特點。因(yin)為鋒利的(de)(de)刀(dao)(dao)刃(ren)有助(zhu)于(yu)(yu)消除毛刺(ci),而自動去(qu)除毛刺(ci)的(de)(de)功能,對于(yu)(yu)長時間無人化操作來(lai)說是(shi)非常重要(yao)(yao)的(de)(de),因(yin)為車間在(zai)這(zhe)(zhe)種方式下運(yun)行(xing),不希望(wang)大(da)(da)批量的(de)(de)零件(jian)在(zai)加工(gong)完成(cheng)以后還需(xu)要(yao)(yao)進行(xing)大(da)(da)量的(de)(de)去(qu)毛刺(ci)處理工(gong)作。
滿足(zu)應用專業技術的需求
如果刀(dao)具技(ji)術的(de)(de)選擇范圍擴大(da),那么一個刀(dao)具的(de)(de)關鍵(jian)元件(jian)需要在其背后有專門的(de)(de)技(ji)術支持。
刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)公司在開發(fa)高性能(neng)(neng)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)時,一般(ban)會按照特定的(de)(de)加(jia)工(gong)應(ying)(ying)用(yong)領域來設計工(gong)具(ju)(ju)和(he)(he)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)系(xi)統(tong),使(shi)(shi)其達到所需的(de)(de)高性能(neng)(neng)。刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)供應(ying)(ying)商通常會針對大(da)量的(de)(de)特殊應(ying)(ying)用(yong)領域而開發(fa)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju),從而使(shi)(shi)可(ke)選(xuan)用(yong)的(de)(de)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)范圍和(he)(he)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)品種不斷增加(jia)。事實上(shang),今(jin)天的(de)(de)加(jia)工(gong)車間已經不能(neng)(neng)只(zhi)依(yi)靠自(zi)己有(you)限的(de)(de)知識來決定如(ru)何正確(que)地(di)選(xuan)用(yong)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju),而需要找到專(zhuan)業的(de)(de)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)供應(ying)(ying)商。
所說(shuo)的(de)(de)專業技術的(de)(de)體現有幾種不(bu)同(tong)的(de)(de)形式(shi),其中(zhong)包括(kuo):
1.對材料的專業研(yan)究
Precision Dormer公司的Andrew Hunte先生(sheng)列(lie)舉(ju)了在加(jia)(jia)工特殊材(cai)(cai)料(liao)中,鉆頭(tou)按照(zhao)性能要(yao)求設計的各(ge)種(zhong)方法。在過去,對刀具的要(yao)求只是帶有“涂層”或不帶“涂層”,而現在為(wei)滿足(zu)不同(tong)材(cai)(cai)料(liao)加(jia)(jia)工的需要(yao),出現了一系列(lie)不同(tong)成份(fen)的涂層材(cai)(cai)料(liao)。他說,現在人們更加(jia)(jia)關注基(ji)質材(cai)(cai)料(liao),這(zhe)是今天刀具研(yan)究和開發的最重要(yao)領域(yu)。
其次,刀(dao)具(ju)本身的(de)(de)幾何形狀也十分重要。這些因素主要是針對刀(dao)具(ju)而(er)言,并不(bu)只是針對難以加(jia)工的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)。以鋁(lv)合(he)金材(cai)(cai)料(liao)為(wei)例,在(zai)專(zhuan)門為(wei)鋁(lv)合(he)金加(jia)工而(er)設計的(de)(de)刀(dao)具(ju)中,鎢的(de)(de)含量極高。用這種刀(dao)具(ju)加(jia)工的(de)(de)工件(jian)表面(mian)質(zhi)量很好,可防(fang)止刀(dao)刃卷(juan)曲。此(ci)外,其幾何角度能(neng)使切屑(xie)伸直和(he)斷裂,防(fang)止鋁(lv)材(cai)(cai)產生(sheng)變軟(ruan)和(he)粘連的(de)(de)切屑(xie)傾向。對類似問(wen)題進行慎重的(de)(de)考慮可保證使鉆頭在(zai)任(ren)何金屬材(cai)(cai)料(liao)或非(fei)金屬材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)加(jia)工中實現其最高性(xing)能(neng)。
2.對(dui)工件(jian)的理解
另(ling)外,工(gong)件的(de)幾何(he)形狀對刀具(ju)的(de)選用也具(ju)有很大的(de)意(yi)義。復雜(za)工(gong)件會給車間(jian)在非標(biao)準刀具(ju)的(de)投資方面帶來沉重的(de)負擔,因為必須解決具(ju)有挑戰(zhan)性的(de)間(jian)隙問題,而(er)且非高效刀具(ju)可能會使切削(xue)力度不足(zu)和支持(chi)力不夠(gou),難以處(chu)理硬度較低的(de)材料。
一個專業刀具供(gong)應(ying)商不(bu)但(dan)應(ying)該在材料方面(mian)(mian)具有專業研究(jiu),而且在這類零件(jian)的加(jia)工(gong)方面(mian)(mian)也應(ying)具備(bei)專門為“困難”工(gong)件(jian)而設(she)計(ji)的加(jia)工(gong)系統。
舉例來說,渦輪(lun)葉片和渦輪(lun)機外(wai)(wai)殼就(jiu)屬于(yu)這(zhe)類“困難”工(gong)(gong)(gong)件(jian)。這(zhe)些復雜的(de)(de)車削零件(jian)往(wang)往(wang)由難加工(gong)(gong)(gong)的(de)(de)合(he)金(jin)材料制成,一(yi)般帶有成型隱(yin)窩的(de)(de)特(te)點,而且(qie)需(xu)要刀(dao)具(ju)滿(man)足各(ge)種(zhong)(zhong)困難的(de)(de)間隙要求。為(wei)了克(ke)服(fu)這(zhe)些困難,Sandvik Coromant公司開發了模塊(kuai)式SL70/40型刀(dao)具(ju)系(xi)統——一(yi)種(zhong)(zhong)可隨(sui)意配置的(de)(de)快速更換(huan)系(xi)統,幾(ji)乎適合(he)于(yu)任何渦輪(lun)葉片和渦輪(lun)機外(wai)(wai)殼等重型件(jian)的(de)(de)穩(wen)定加工(gong)(gong)(gong)。這(zhe)種(zhong)(zhong)刀(dao)具(ju)系(xi)統只需(xu)一(yi)些模塊(kuai),采(cai)用不同(tong)的(de)(de)配置,就(jiu)能以恰(qia)當的(de)(de)間隙保證(zheng)正確地對各(ge)種(zhong)(zhong)渦輪(lun)機工(gong)(gong)(gong)件(jian)進行(xing)加工(gong)(gong)(gong),同(tong)時,融合(he)到這(zhe)一(yi)刀(dao)具(ju)中的(de)(de)HP技(ji)術(shu),可通過向刀(dao)刃正上方噴射高壓冷(leng)卻(que)液,幫助解(jie)決難加工(gong)(gong)(gong)材料的(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)問(wen)題(ti)。
3.對終端市場的認知
不(bu)同(tong)的行業也有(you)不(bu)同(tong)的加(jia)工要(yao)求(qiu),刀具供(gong)應(ying)商(shang)應(ying)該有(you)能(neng)力(li)幫助加(jia)工車間滿(man)足(zu)這些(xie)要(yao)求(qiu)。某(mou)些(xie)材料本身也越來(lai)越多地隨(sui)著特(te)定的行業要(yao)求(qiu)而變化。例如復(fu)合(he)材料就是一個(ge)很好的例子(zi)。Precision Dormer公司(si)正(zheng)在為開(kai)發航空航天工業復(fu)合(he)材料的鉆削加(jia)工用(yong)刀具和應(ying)用(yong)知識投入相當多的資(zi)金。
某些(xie)加工(gong)(gong)零(ling)件所(suo)面(mian)(mian)臨(lin)的(de)挑戰也與某些(xie)行(xing)業有關(guan)。Sandvik Coromant公司的(de)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)開發部項目經理Chris Mills先(xian)生列舉了一(yi)個有關(guan)表(biao)面(mian)(mian)完整性的(de)實例。這是(shi)一(yi)個需要(yao)考慮的(de)重要(yao)問題(ti),航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)工(gong)(gong)業以(yi)外很少有加工(gong)(gong)車間會(hui)以(yi)同樣的(de)方式(shi)面(mian)(mian)臨(lin)這類問題(ti)。然而,在航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)工(gong)(gong)業中,加工(gong)(gong)力度(du)和(he)溫度(du)會(hui)產生微(wei)硬變化、塑料(liao)形變和(he)殘余(yu)應(ying)力,這些(xie)因素致(zhi)使零(ling)件的(de)精確(que)度(du)降(jiang)低(di)。
該公司已經研究了(le)這(zhe)一現象,特別分(fen)析了(le)刀(dao)具(ju)后沿(yan)磨(mo)損對加工表(biao)面(mian)的(de)影響。刀(dao)具(ju)和切削技術的(de)開發是為了(le)以(yi)某種方(fang)式控制這(zhe)一邊緣(yuan)的(de)磨(mo)損,這(zhe)種方(fang)法甚至讓飛機零(ling)件生產(chan)者(zhe)滿(man)足了(le)大多數所需的(de)表(biao)面(mian)完整(zheng)性要(yao)求。
增加金剛石刀具應用的(de)百分比
金剛(gang)石刀具可(ke)提高機床的(de)工作效率,而且可(ke)提供專業的(de)解決(jue)方(fang)案,以滿足(zu)更多的(de)需求應用。
無論在什么情況下,只(zhi)要是生產能力緊(jin)張時,就應該考(kao)慮應用聚(ju)晶金剛石(PCD)或立(li)方氮化(hua)硼(peng)(CBN)刀具。
先(xian)進的(de)(de)(de)(de)工件與先(xian)進的(de)(de)(de)(de)刀(dao)具之(zhi)間存(cun)在著一(yi)種直(zhi)接的(de)(de)(de)(de)聯(lian)系(xi)。正如汽車制(zhi)造商那樣,對于要(yao)求嚴(yan)格的(de)(de)(de)(de)零件,開始越來越多地采用高性能材料。為了以最有效的(de)(de)(de)(de)方式加工這些材料,金剛石(shi)刀(dao)具的(de)(de)(de)(de)使用也(ye)(ye)越來越普遍(bian)。飛機(ji)制(zhi)造工業的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)也(ye)(ye)是如此,他們也(ye)(ye)越來越多地采用金剛石(shi)刀(dao)具來滿足(zu)日(ri)益(yi)增長的(de)(de)(de)(de)鈦合金加工的(de)(de)(de)(de)需求。
金(jin)剛(gang)石刀具的(de)另一個重要應用(yong)(yong)領域是復(fu)合材(cai)料的(de)加工(gong),只要機床(chuang)本身適合于金(jin)剛(gang)石刀具加工(gong)就行。Precision Dormer公司設計開發(fa)了一系列鉆頭(tou),如(ru)采用(yong)(yong)碳化物硬質材(cai)料、金(jin)剛(gang)石涂層(ceng)和PCD材(cai)料等的(de)鉆頭(tou),以應用(yong)(yong)不同(tong)等級的(de)加工(gong)設備來鉆削加工(gong)復(fu)合材(cai)料上的(de)不同(tong)孔(kong)徑。
金剛(gang)石(shi)刀(dao)(dao)具(ju)和類似金剛(gang)石(shi)的刀(dao)(dao)具(ju),不(bu)管是PCD,還(huan)是CBN或是金剛(gang)石(shi)涂(tu)層(ceng)刀(dao)(dao)具(ju),將越來越多地進入到加工應用領域。而且,采用這類材料制成的刀(dao)(dao)具(ju)應用比例也將不(bu)斷增長。
Diamond Innovations公司(si)的產品加工部經理Jim Graham先生(sheng)說,這是一種(zhong)必然的發展趨勢。PCD和CBN材(cai)料的發展使這些(xie)材(cai)料的應用方式(shi)不斷增(zeng)加,使刀(dao)(dao)具(ju)的品種(zhong)更加豐(feng)富多彩、成本(ben)效益(yi)不斷提高。同時,這些(xie)刀(dao)(dao)具(ju)的加工速(su)度和使用壽命也在繼續提高,使其加工工藝達到了碳化(hua)物硬質合金(jin)刀(dao)(dao)具(ju)從未(wei)達到過的性能水平(ping)。
事實上,金剛石及其相關的(de)(de)刀(dao)具滿(man)足了(le)之(zhi)前(qian)提到的(de)(de)“提高(gao)機床的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作效率(lv)”和“滿(man)足應用專業(ye)技術的(de)(de)需求(qiu)”。由(you)于刀(dao)具的(de)(de)使用壽命延(yan)長、切削參數提高(gao),從而提升了(le)刀(dao)具的(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)能(neng)力,減少了(le)刀(dao)具更(geng)換(huan)的(de)(de)頻率(lv),使機床能(neng)夠以(yi)更(geng)高(gao)的(de)(de)速(su)度加工(gong)(gong)(gong)生產零件。同時(shi),在刀(dao)具中融入了(le)更(geng)多的(de)(de)專業(ye)技術解決方案,進一步滿(man)足了(le)各應用領域的(de)(de)需求(qiu)。
1.高性(xing)能零件的(de)加工
在(zai)汽車零(ling)(ling)部件生(sheng)產中,汽車發(fa)動機(ji)向更高性能發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)同時,也促進了材料(liao)向更加難以加工的(de)方向發(fa)展(zhan)(zhan)。例如,進氣閥和(he)排氣閥的(de)氣門座圈越來越多地采用特殊(shu)的(de)合金制(zhi)成(cheng)。其他的(de)發(fa)動機(ji)零(ling)(ling)件也開始采用高密度石墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)(CGI)。對日益增加的(de)普通鑄鐵(tie)(tie)零(ling)(ling)件的(de)需求也產生(sheng)了很大的(de)影(ying)響,因為新的(de)鑄鐵(tie)(tie)要比經過時效處理后(hou)的(de)鑄鐵(tie)(tie)更難以加工。實踐證明,在(zai)汽車制(zhi)造領(ling)域所面(mian)臨的(de)這類挑(tiao)戰,采用CBN刀具(ju)是最好(hao)的(de)解(jie)決辦(ban)法。
然而,在(zai)航空(kong)航天(tian)業的(de)(de)生產中,采(cai)用(yong)(yong)復雜的(de)(de)刀具也許是(shi)提高生產率的(de)(de)一(yi)個極(ji)好(hao)機會。新型的(de)(de)飛(fei)機設計將對鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)、包括鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)復合材料加(jia)(jia)工(gong)(gong)的(de)(de)零件提出更高的(de)(de)需(xu)求(qiu)。由于(yu)(yu)其(qi)需(xu)求(qiu)量是(shi)如(ru)此之大,以(yi)至于(yu)(yu)加(jia)(jia)工(gong)(gong)車(che)間(jian)無法采(cai)用(yong)(yong)現有的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝來(lai)滿足這一(yi)需(xu)求(qiu)。為了提高生產能力,許多加(jia)(jia)工(gong)(gong)車(che)間(jian)將不得(de)不提高他們的(de)(de)生產速度(du)來(lai)加(jia)(jia)速零件的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)。如(ru)果應用(yong)(yong)得(de)當,金(jin)(jin)剛石(shi)刀具和金(jin)(jin)剛石(shi)涂層可以(yi)使這些車(che)間(jian)以(yi)更高的(de)(de)速度(du)加(jia)(jia)工(gong)(gong)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)零件。
2.復合材料的(de)鉆削加工
金(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)在航空航天(tian)領域(yu)的(de)(de)(de)另一個(ge)應用(yong)也許超越了理論上的(de)(de)(de)“金(jin)屬(shu)加工”,因為它涉(she)及到復合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao),而且(qie)用(yong)這類材(cai)(cai)料(liao)制造的(de)(de)(de)零件已開始越來(lai)越多地代替某些金(jin)屬(shu)零件。從事鉆削加工專(zhuan)業(ye)的(de)(de)(de)Precision Dormer公司發現復合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)加工也是一個(ge)十分關鍵的(de)(de)(de)領域(yu),采用(yong)金(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)以及其他高性能刀(dao)(dao)具(ju)(ju)可以大大提(ti)高生產效率。
Gary Kirchoff先生(sheng)是(shi)該公司的(de)產(chan)品經理,負責復(fu)合材料相關(guan)的(de)刀具生(sheng)產(chan)。他謹慎地解(jie)釋說, 并(bing)不(bu)是(shi)每(mei)一種鉆削工(gong)(gong)藝都具有讓金(jin)剛石刀具良(liang)好工(gong)(gong)作所(suo)必需的(de)剛性(xing)、穩定性(xing)和較低的(de)徑(jing)向跳(tiao)動誤差(cha)。該公司繼續(xu)不(bu)斷地開發適合于各(ge)種復(fu)合材料加工(gong)(gong)設(she)備的(de)鉆頭設(she)計,其設(she)備范(fan)圍(wei)包(bao)括從手(shou)工(gong)(gong)進(jin)給的(de)鉆削加工(gong)(gong)單元到(dao)最復(fu)雜的(de)數控機床(chuang)。
然而(er),當金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)涂層刀(dao)具(ju)或PCD刀(dao)具(ju)應用(yong)于復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)鉆削加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)時(shi)(shi),其(qi)成本和生產(chan)率方面的(de)提高(gao)也(ye)是很(hen)驚人的(de)。因為碳(tan)化(hua)物硬質合(he)(he)金(jin)(jin)刀(dao)具(ju)在加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)研(yan)磨性(xing)很(hen)強的(de)復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)時(shi)(shi),其(qi)磨損(sun)速(su)(su)度很(hen)快(kuai),而(er)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)具(ju)的(de)使用(yong)壽命(ming)則要比前者(zhe)高(gao)好(hao)幾(ji)倍。它的(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)速(su)(su)度是如(ru)此之高(gao),因此對(dui)需要加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)很(hen)多孔徑的(de)工(gong)(gong)件來說(shuo),加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)每一(yi)個零件,即可(ke)節約很(hen)多時(shi)(shi)間。事實上,同(tong)樣(yang)的(de)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)具(ju)可(ke)以繼續(xu)鉆削加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)某些金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料(liao),可(ke)讓金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)具(ju)有效地加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)/鋁合(he)(he)金(jin)(jin)組件或復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)/鈦合(he)(he)金(jin)(jin)疊層材(cai)(cai)料(liao)。
然而,并(bing)不是(shi)每一(yi)種金(jin)屬或(huo)每一(yi)種材料都適合(he)制作PCD、CBN或(huo)金(jin)剛(gang)石涂層刀(dao)(dao)具。除了加工航空航天業應用的(de)(de)(de)(de)復合(he)材料之(zhi)外,其(qi)他合(he)適的(de)(de)(de)(de)材料還包括(kuo)鈦金(jin)屬、鋁(lv)金(jin)屬和硬質鋼材。當(dang)然,所使(shi)用的(de)(de)(de)(de)機床(chuang)也(ye)必(bi)須非(fei)常合(he)適,因為這類(lei)刀(dao)(dao)具需要較高的(de)(de)(de)(de)速度。速度較低的(de)(de)(de)(de)機床(chuang)可(ke)能無法發(fa)揮(hui)這類(lei)刀(dao)(dao)具應有的(de)(de)(de)(de)潛能。同時,對機床(chuang)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)也(ye)有一(yi)定的(de)(de)(de)(de)要求,盡管其(qi)剛(gang)性(xing)要求并(bing)不是(shi)像許多人想(xiang)象(xiang)的(de)(de)(de)(de)那(nei)么高。近幾年(nian)來,這些(xie)刀(dao)(dao)具材料的(de)(de)(de)(de)韌性(xing)已有相當(dang)大的(de)(de)(de)(de)改進。
另外,金剛石刀(dao)(dao)具(ju)及其相(xiang)關的刀(dao)(dao)具(ju)產品特別適合于長時間(jian)的切(qie)削加(jia)工(gong)和(he)大(da)批量的生產。其原因非常(chang)簡單,因為刀(dao)(dao)具(ju)的壽命(ming)大(da)大(da)提高。該刀(dao)(dao)具(ju)的使用壽命(ming)可以達到如此(ci)之長,因此(ci)加(jia)工(gong)車間(jian)可以盡情地發(fa)揮刀(dao)(dao)具(ju)的有效壽命(ming)進行(xing)切(qie)削加(jia)工(gong)。
那么使用(yong)者(zhe)如何知道自己的(de)加(jia)工(gong)(gong)車間(jian)是否(fou)已經獲利(li)?Graham先生說(shuo),航(hang)空航(hang)天(tian)領(ling)域鈦金屬的(de)一(yi)個加(jia)工(gong)(gong)實例可以給(gei)我(wo)們一(yi)點啟示。簡單地(di)說(shuo),可以與(yu)車間(jian)所面臨的(de)需求進行比較,看一(yi)看車間(jian)的(de)生產能力局限于哪些(xie)地(di)方(fang)。在(zai)加(jia)工(gong)(gong)零(ling)件(jian)過程中,你所采(cai)用(yong)的(de)工(gong)(gong)藝必須能適應更(geng)多的(de)訂貨要求或達到更(geng)高的(de)產量(liang),通(tong)過提高速度,采(cai)用(yong)CBN和PCD刀具就可以讓你實現這些(xie)生產率目標,而不必購置新的(de)機(ji)床。