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深孔加工的高效解決方案

2014-05-06 09:25:01

在汽車零部件的制造成本中,刀具費用所占的比例雖然只有百分之幾,但汽車制造商們仍然提出了降低刀具成本的要求。

就刀具本身而言,通過提高自身的加工效率、延長使用壽命可以降低其在生產成本中所占的比例。為縮減過去占制造成本15%~20%的切削液成本,干式、半干式切削得到逐步推廣,開始替代傳統的濕式切削。與此同時,刀具制造廠商開始將適應干式、半干式切削的刀具商品化,以進一步降低零部件的制造成本。

在切削刀具中,孔加工用的鉆頭尤其不易實現干式、半干式切削。進行干式加工時,由于不能通過使用冷卻劑達到冷卻與潤滑的效果,致使切削部位的溫度會迅速上升,使刀刃急劇磨損,刀具壽命急速縮短。特別是在切削熱易蓄積的孔加工中,熔結在刀具上的被加工材料脫落后會造成刀刃的顯著損傷,再加上缺乏冷卻液的排屑功效,切屑堵塞很容易造成鉆頭折斷,使加工不穩定。令人遺憾的是,至今為止,孔的干式加工的實用化仍未能實現。

目前,除了鋁合金、耐熱合金材料的加工之外,采用最少量冷卻劑的半干式加工正在得到推廣和普及,在深孔加工中也已開始得到采用,如至今仍很難加工的L/D=10以上的深孔已經能夠用非步進法進行加工了。

以往的深孔加工主要使用高速鋼鉆頭、槍鉆。為了避免孔彎曲而采用小進給方式加工,為防止切屑堵塞而采用步進方式加工,致使生產效率一直很低。現在,這個問題已經得到了解決,NACHI公司開發出的可實現高效、高質量加工的硬質合金整體鉆頭(如圖1所示),目前在汽車制造業已經得到應用。


圖1 深孔加工用硬質合金整體鉆頭

1.      這種硬質合金整體鉆頭的特點是獨特的槽形設計使得鉆頭的剛性更好;

S型切刃形狀通過中間的凹形可以強制性使切削碎屑卷曲并將其切斷,切屑短而小,加工L/D>20的深孔時不需步進進給,可實現連續進給,一次完成加工。

當加工球墨鑄鐵時,如圖2所示,使用普通鉆頭切削,當L/D=5.3時就會因切屑堵塞鉆頭發生折斷現象而無法繼續加工下去。而采用最新的深孔加工用硬質合金整體鉆頭,L/D=25的深孔也可用非步進進給方式實現穩定加工,且未見切削動力消耗的上升。

圖2 切削性能比較

圖3 與以往加工方法的比較(加工時間)

圖3所示的是最新深孔加工用硬質合金整體鉆頭與以往的深孔加工用鉆頭切削時間的對比情況。采用直徑為直徑6mm的內冷型鉆頭,加工孔深為150mm的深孔,分別采用各自推薦的常規切削條件進行加工。結果顯示,整體硬質合金鉆頭的加工時間大約是以往加工方式的1/5(與槍鉆相比)~1/10(與高速鋼鉆頭相比)大幅提高了生產效率。

 圖4  加工實例(曲軸加工)

圖4所示的汽車零部件的曲軸上有一斜且深的潤滑用油孔,以往采用高速鋼鉆頭或槍鉆加工。為了提高加工效率,建立經濟、靈活的柔性生產,可采用加工中心組成生產線,并使用硬質合金整體鉆頭。在考慮到保護環境問題的同時,此零件的加工采用半干式加工替代了濕式加工。半干式加工時工具的壽命可達72m/reg,相對于傳統工具而言提高了1.8倍。即使是與濕式加工相比較,也可以得到同等以上的壽命。

同時,在如下條件的連桿加工中:

□ 被加工材料:碳素鋼S55C

□ 鉆頭直徑:直徑6mm,內冷型

□切削參數:Vc=80m/min,fr=0.2mm/r

□ 孔深:126mm

此鉆頭的使用與以往的工具相比較,使用壽命增加了1.5倍。

預計深孔加工用鉆頭的需求將進一步增加,因為深孔加工用鉆頭的誕生是與由專機生產線向以加工中心構成的FTL(柔性傳動生產線)轉變的發展趨勢相吻合的。

現在,鋁加工的半干式切削在部分用戶中已經得到使用。但為得到更長的使用壽命,尚在進一步改進其結構形狀的進程中,并在考慮采用DLC(類金剛石)物理涂層等措施。

為進一步減輕汽車的重量,鋁材的用量還將不斷增加。在不遠的將來,人們就能看到適用于鋁材加工的各種鉆頭了。

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