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相当精准

来源:国际金属加工商情 发布时间:2020-04-09 438
金属加工金属成型机床其他金属材料测量及控制系统模具及冲模表面处理金属切削机床
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钻削、铰削和滚压加工一个长度1m或者更长的内孔时是一项需要创新精神的工作,尤其是被加工材料为42CrMo4或者St52钢时常常会出现一些变化、波动,或者在加工开始后不久就会出现条状切屑。此时,努力实现刀具的最佳使用就像掌握好切削加工工艺参数一样成为人们关注的重点了。  
 
 
图 1:Ceratizit 公司开发的 Freemax 组合式铰刀的优点之一就是: 可转位刀片的各个切削刃都有编号,这就防止了用错。
 
钻削、铰削和滚压加工一个长度1m或者更长的内孔时是一项需要创新精神的工作,尤其是被加工材料为42CrMo4或者St52钢时常常会出现一些变化、波动,或者在加工开始后不久就会出现条状切屑。此时,努力实现刀具的最佳使用就像掌握好切削加工工艺参数一样成为人们关注的重点了。
 
通常情况下,能够利用可靠的摩擦学解决方案提供深孔加工的供应商数量有限。位于奥地利月亮湖畔的KarlBergerCNC数控加工机床有限责任公司就是一家具有这种能力的企业。
 
这家有着65名职工的数控机床生产厂在金属切削领域中有着70年的机械加工经验,并能够始终如一地将自己掌握的机械加工专业技术、知识和经验转化为高质量的产品生产。这家合同生产厂有一个非常广泛的用户群;其客户包括了来自液压技术、轨道车辆、食品工业、普通机床等等领域的德国和奥地利的工业企业。该公司的产品既有直径2m、长度4m的车削零件,尺寸30×30×30mm的铣削零件,也有重达10吨的大型零件。
 
多种多样的加工工艺
 
为能够向用户提供完成全部切削加工任务的零部件,Berger公司不仅需要完成塑料材料、铝合金材料直至铸件等多种材料,包括了结构钢、调质钢和不锈钢以及铸件的切削加工,还需要完成锯割下料、钻深孔、齿轮加工、平面磨削、内外圆磨削、珩磨和精加工。该公司最常见的批量为5件至50件,能够完成的最小、最大加工批量为1件至1000件。
 
当前,Berger公司的主要任务是为某大型机床厂生产批量大小在20件到30件的液压活塞,全年的总产量大约为1,500件。这些液压活塞的长度尺寸在1m至2m之间,活塞上的孔深为0.6m至1.1m,直径为70mm至80mm。
 
液压活塞的材料通常是42CrMo4,有些特殊设计的液压活塞使用的材料为St52号钢材。由于液压活塞要在液压缸中承受很大的压力,因此对液压活塞的密封性能和活塞工作表面的粗糙度都有着很高的要求。
 
“液压活塞的孔加工工艺过程为钻孔、铰孔和滚压加工,在铰孔之后液压活塞中的内孔应保证H7的公差要求,保证表面粗糙度Ra=0.9以及Rz1max=10。这是相当严格的形位公差和表面质量要求。”Berger公司的总经理KarlBerger先生解释说道。
 
铰刀的重要性
 
Berger公司原来是在多台机床上完成这些液压活塞的生产加工的。首先在一台加工中心完成小型液压活塞上的钻孔加工,然后在车床上完成液压活塞的车削加工。但这种分开加工的工艺可靠性不高。
 
为了能够在这一台车削加工中心完成液压活塞的全部切削加工,车削中心的卡盘可以夹持最大直径1000mm、长度6000mm、重达1500kg的零件,可以夹持在卡盘和尾座之间的零件毛坯最大重量为6000kg。在加工这种重型零件时,主轴的切削扭矩高达6410Nm,功率高达84kW,铣削扭矩为700Nm,功率80kW。
 
但仅有理论计算还是不够的。尽管Berger公司已经在车削加工中心的初始配备中保证了能够完成钻孔、铰削和滚压加工,但几个月来铰孔加工的效果始终不理想;最严重时用户企业甚至提出了索赔的要求。
 
时间在一点点地流逝,可行的铰削加工方案一直没有找到。在不同解决方案的尝试过程中有人建议再增加一台冷却水泵,因为铰削时的孔内冷却流量一直不足——但增加一台冷却水泵也是一笔不菲的投资。可以预计:我们可能永远无法完成大型零件的内孔铰削任务。这真令人沮丧。我们能够为用户加工小型液压活塞但无法交付大型的液压活塞。”KarlBerger先生说。
 
 
图 2:Berger 公司使用的 Freemax 组合式铰刀的刀杆长度最长为 1195mm。易于使用的设计原则使用户可以方便地调整刀具。
 
Ceratizit集团公司(由Ceratizit公司,Komet公司,WNT公司和Klenk公司组成的)的刀具技术团队与KarlBerger先生进行了接触,并表示他们能够很快解决问题。在沟通之后不到一周的时间里,配用WSP可转位不重磨刀片的组合式标准铰刀Freemax进厂了。
 
“在前三个零件的加工中,我们尝试了不同的进给量和转速,还将内冷通道改造到一个中心孔中,以便能够输送更多的冷却液。经过这些尝试和改进之后,后两个液压活塞的深孔铰削质量都合格了。”Ceratizit德国公司的技术和销售顾问SiegfriedKoll先生说道。
 
 
图3:与传统的 WSP 可转位刀片不同,新型铰刀的每一个刀片都 有一个特定的刀垫;在这一刀垫的帮助下用户可以准确的调整可转 位刀片,使用其三个切削刃中的任何一个。
 
开始的时候,他和Berger公司的设备操作者BojanStevanovic先生以及Ceratizit德国公司的应用技术员DenisOsmic先生一起进行技术攻关——铰削的是直径70mm,有效长度720mm的小型液压活塞。在St52号钢材铰削过程首次出现长条切屑后,他们很快地又修改了铰削参数,整个液压活塞内孔的铰削时间为0.74分钟——而Berger公司的竞争对手用了5分钟才完成这个孔的铰削,而且铰削质量也不能令人满意。“在第二步尝试中,我们又尝试使用了一个具有误差偏差功能的浮动卡盘。因为我们的铰刀在切入时略微低于孔的中心。在使用了浮动卡盘之后就将铰刀切入时的误差降到了最低,而且也保证了铰刀能够加工出高质量的内孔。”Osmic先生解释说。
 
无需太多调整
 
“我们为用户企业提供的不仅是一种加工液压活塞的刀具,而且还提供了一种刀具连接方式。”SiegfriedKoll先生总结说道。这种铰削刀具全部是由标准件组成的刀具,HSKA100型DAH浮动夹头保证了铰刀切削刃很高的同心度。“在大型液压活塞铰削情况中,我们将同心度调整到了5μm。”DenisOsmic先生说,“在组装铰刀时,我们为DAH浮动夹头配用了一个合适的连接杆,一个减震器以及四个轻量化的辅助元件来减轻组合式铰刀的重量。最后配上WSP的H7铰刀头形成了最终的Freemax组合式铰刀。”
 
根据铰削的孔深长度,这种组合式铰刀有两种规格:一种是带DAH浮动夹头的,另一种是配用了ABS接杆的。同时,组合铰刀的刀杆长度也按照5mm和10mm的增量有着不同的长度等级。如果用户为各个常规的WSP可转位刀片规定了具体的安装位置,则可以在各个刀片的安装位置处自由的旋转可转位刀片,选择三个切削刃中的一个进行铰削。Ceratizit公司将这种切削刃的选择方法称之为“便于用户使用的方法”——当用户使用组合式铰刀时无需太多的调整工作,有着清晰编号的切削刃可以避免用错,同时也减少了刀具调整的工作量。当需要重新安装刀片时也不必将组合式铰刀发回刀具生产厂进行调整。可选用的可转位不重磨刀片可以在24小时之内送达用户手中,从而也减少了配件库存量。
 
切向安装的可转位刀片具有很高的稳定性。这主要是因为刀垫上的三个支撑点和一个环形接触面。可转位刀片的紧固螺钉是偏心安装紧固的,保证了所有支撑点都能可靠的牢固贴合。为保证用户能够方便的更换刀片,刀具生产厂家还专门提供了一个刀座。
 
所用的可转位刀片是硬质合金涂层刀片或者是陶瓷刀片,这样一来,像Berger公司这样的用户企业就可以按照ISO标准选择所需的刀片了。涂层材料是专门为像铸件和淬硬钢材加工而研发的不重磨刀片涂层。
 
为了保证可靠的向后排屑,Berger公司组合式铰刀的螺旋形排屑槽是标准的45°ASG3000型标准排屑槽。Freemax组合铣刀的内冷系统采用的是常规的侧面喷射冷却方式。Berger公司使用的、集中在一个冷却通道中的内冷解决方案也是一种可选的铰刀内冷方式。但集中在一个通道中冷却时,例如在Berger公司大型液压活塞铰削过程中,仍然保留着侧面的喷射通道、喷射孔,以便通过对可转位刀片切削刃的冷却来延长刀具的使用寿命。铰削时冷却液的工作压力为80bar。
 
没有问题
 
今天的液压活塞加工情况如何?“开始的时候,一个孔我们要检查上百次。今天,我们敢肯定地说:没有问题。”KarlBerger先生说。当前,Freemax组合式铰刀中间支持‘弹性的’进入孔内8mm,夹持工件的轴以每分钟20转的速度旋转,铰刀则以每分钟40转的转速旋转、按照fu=1.1mm的进给量铰削。
 
当铰刀主轴以每分钟500转、进给量2.2mm的工况下工作时,工件主轴的转速不变。按照这些铰削参数工作时,可以在直径80.03mm的内孔中铰削出Ra=0.442μm、Rz1max=5.428μm的高质量表面。最终结论是:攻克了难关,将表面粗糙度降低到了允许偏差的一半,并实现了流畅的铰削加工。
 
 
 
 
 
本文译自德国WerkstattundBetrieb杂志
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