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高速切削加工的发展及需求 高速加工=自动化

高速切削可降低加工时间

采用高速切削技术(HSC即High Speed Cutting),也称高效切削技术(HPC即High Performance Cutting或High Production Cutting),可以在比传统切削更短的时间里获得更好的表面加工质量。这样,既可以省会或部分省去后续的精加工工序,又由于切削速度变快,可以使所需的切削力相应变小,所以对薄壁的工件也可以进行加工。另一个特点是HSC的加工频率较高。“这样可以把加工频率设定在机床和工件共振频率之上。”奥地利(Steyr市的)Profactor Produktionsforschung GmbH公司总经理Johann Kastner博士如是说,“所以在加工工件时的振动极小”。切削过程中所产生的热量几乎都能随切屑排走,因此可以使工件始终保持较低的温度状态,使之那些对温度敏感的工件如塑料,也能进行很好的加工,而避免发生变形。
“高的切削速度也会带来一些问题。”Kastner博士一分为二地看待高速加工的优点。通常加工速度快,磨损程度也会随之加大,而刀具切削的标准路径就会变短。如果工艺参数设定不佳,会导致工件的整体成本增加。另外,切削速度大,主轴转速高,切削作业的安全性就差,这是因为离心力变大的缘故。就许多工件而言,在目前还不清楚其最佳的HSC参数情况下使用HSC工艺,将会导致加工费用的增加。
高速加工技术的起源可以追溯到1931年。在这个时期,有一项专利号为523594的专利问世。该项专利对“高速切削加工工艺”作了描述。此后,大约过了30年,人们才对高速切削的切削过程和工作原理有了了解。但是只有近几年开发出相应高效的机床附件(例如高速电主轴、高材质刀具和高质表面镀层以及相应的夹具)后,高速切削才真正步入了正轨。
“只有找到合适的刀具材料和刀具的几何形状,才能实现比传统的切削速度高出几倍的高速切削工艺。”位于杜塞尔多夫的Sandvik公司的技术经理Klaus Christoffel博士这样强调刀具的重要性。

       HSC对刀具材质的要求是多方面的:刀具需要在耐磨性、热硬度、抗负荷变换特性、抗断裂特性、韧性和边缘稳定性以及抗温度突变特性等诸多方面表现俱佳。细颗粒硬质合金和超细颗粒硬质合金即可满足这方面的要求。金属陶瓷的传热性能要比超细颗粒合金的传热性能低三倍,所以它特别适合被用作HSC对钢材作干式加工的刀具材质。
金属陶瓷的缺点是硬度小和抗弯强度弱。多晶金刚石(PKD)和多晶立方氮化硼(PKB)适合于对轻金属(如AlSi合金材料)进行加工。如果采用金属陶瓷、细颗粒或超细颗粒硬质含金做刀具材料,则必须涂覆适用于HSC的镀层。因为只有这样,刀具材料才能充分展示其性能。
同时,HSC还被广泛用于汽车工业中对大型模具(如深冲模、压铸模和注射模)的制造上。在模具生产过程中,机械加工很费工时,所占费用的比例也大。对用铣刀铣出来的模具进行精加工,需花费大量的时间。如果采用高速铣,同时配以好的铣加工策略,尽管铣的行距较小,但可以缩短加工的时间。“HSC精加工的目的首先在于要获得完美的表面加工质量,然后是要缩短加工时间。”位于Harmersbach附近Zell市的Prototyp-Werke GmbH公司技术开发部经理Josef Gießler这样认为。
模具制造业上HSC精加工和HPM粗加工(HPM即 HighPerformance Machining,高效加工)最常用到的刀具材料为硬金属。“但是,到目前为止还无法采用硬金属对钢铁进行HSC加工。”Gießler说,“因为硬金属耐热性较差。”某些受热稳定的材料(如CBN)却又承受不住机械载荷。Gießler认为,“所能做的就是把HSC精加工和 HPM粗加工分成两部分来进行,因为用于粗加工的硬质合金刀具无论在种类和外观上,还是在镀层上都有了很大的改进。”
使用相配套的夹具也是实现高速加工的一个条件。在制造模具时,需要用到瘦长型夹具,以便能加工出完整的外形。“只要振摆精度高,动态特性好,用于模具生产的夹具即可减少到两种类型,即热收缩型和冷收缩或受力收缩型”,位于Ostfildern的OttoBilz Werkzeugfabrik公司市场销售经理Markus Nolting这样认为。在径向和轴向载荷大的情况下进行切削加工,需要考虑收缩程度和材料刚性的关系。如果HSS刀具和硬质合金刀具使用同类夹具,在受热收缩时只有靠感应技术来判定。



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