切削理念

“工欲善其事,必先利其器”,自从人类学会使用工具,就在不断地改进他们手中的工具,可以说人类的文明发展史就是一部人类使用工具的发明创造史。切削技术随着机床特别是数控机床技术的诞生取得了极大进步,特别是近50年的发展,切削速度已高达8000m/min,材料切除率150～1500cm3/min,超硬刀具材料硬度3000～8000HV,强度1000Mpa,加工精度从10μm到0.1μm,目前正朝着高速度、高效率、高精度、高柔性和绿色化的方向发展。当我们在热衷于谈论高速加工时,当我们装备了高档数控机床时,切莫忽视了切削的主角—刀具。有数据表明,刀具费用占制造成本的2…     

高速切削机床

高速切削最基本的条件是超硬材料刀具及具有高速、高刚度、高抗振性的机床设备。随着超硬材料刀具的广泛应用,高速高效机床的发展很快,从而使高速切削的应用越来越广泛,经济效益越来越明显。高速切削机床的基本涵义如下：1．高的切削速度。顾名思义,高速切削要有高的切削速度,目前高速高精度机床的切削速度比常规切削高10倍左右。但高速机民尚无统一规定,习惯上常把最高主轴转速大于1000r／min的中小型加工中心和数控铣床称为高速机床。2．高的送给速度（台快移速度）。以铣削为例,一般是根据工件材料和刀具材料来合理选择铣刀每齿的…     

PCD刀具车削钛基复合材料刀具磨损研究

使用PCD刀具对钛基复合材料进行切削速度单因素车削试验,研究了PCD刀具的磨损形态和磨损机理.结果表明:在15 ～ 60m/min范围内,随着切削速度的增大,切削力从473N逐渐减小到367N,切削温度从274℃逐渐升高到564℃;刀具切削路程随着切削速度的增大从390m先增大到702m然后减小至467m,在切削速度为45m/min时达到最大值;PCD刀具前刀面并未出现典型的月牙洼磨损,而是前后刀面同时磨损,后刀面均呈典型的带状磨损带,且前后刀面均有犁沟出现和钛合金粘结;刀具磨损的主要原因是磨粒磨损和粘结磨损,随着切削速度的增大,磨粒磨损减弱,粘结磨损增强.     

最佳铣削速度热电势测量法的试验研究

在切削类似TC4钛合金这样难加工的材料时,最大的困难是刀具寿命短,因此影响了零件的可加工性和经济性,特别是需要经常换刀而使一些高效机床(如数控机床、加工中心等)的优越性得不到充分发挥。提高刀具寿命的途径之一是选择合适的切削速度,使得刀具相对磨损最小,这种切削速度称为最佳切削速度V佳。另一方面,常规试     

高体积分数SiC_p/Al复合材料精密车削加工工艺技术

针对高体积分数铝基碳化硅材料车削加工过程中出现的刀具磨损严重、寿命低、切削难度大、零件质量难以保证等问题,采用聚晶金刚石刀具(PCD刀具)对其进行精密车削工艺实验,并利用扫描电镜、粗糙度仪、圆度仪等设备对已加工表面和刀具磨损形态进行观察分析研究。研究表明:刀具材料、切削速度、切削深度和进给量是影响高体积分数SiC_p/Al复合材料加工质量的主要因素。当切削速度在25~40 m/min、切削深度在25~35μm和进给量为25μm/r的PCD车刀时,切削效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善工件表面加工质量,得到表面粗糙度为0.58μm和圆柱度为0.91μm的加工表面。     

工艺动态

喷射成形大型航宇合金零件 　　喷射成形技术正在很快成为制造飞机发动机镍铝超级合金零件的一种最具成本-效益的可靠方法。这种技术采用很细的金属合金雾滴制造零件，在许多情况下用这种方法制造的零件比传统方法制造的零件更坚固，更有韧性。 　　在加工时采用氩气或氮气使金属呈雾状，形成液滴(10～500?μm)，然后通过锥形喷流沉积在预成形件的表面。添加陶瓷颗粒(5～15?μm碳化硅)转换合金涂层以形成金属基复合材料。该工艺特别适于制造发动机环和外壳等零件，在某些情况下比传统制造方法降低生产成本30%。 　　随着飞机发动机体积增大，通过传统方法制造令人满意的、有严格安全标准的部件显得日益困难。喷射成形技术制造的零件与传统方法制造的零件的强度和疲劳特性相同，因此，可以充分利用以前不适用于航宇零件的合金。由于这种工艺可以制造出大型零件，因此可用于制造更大的发动机和飞机。 　　采用高速加工单元 减少循环时间和装配时间 　　最近波音民机集团的Wichita公司开始采用高速加工单元更快更有效地制造飞机窗户连接隔框。铝钛锻件加工的窗户连接隔框包裹在飞机座舱的周围，制造起来很复杂。每个窗户连接隔框由带有100多个孔的复合角材组成。每个孔都必须很精确，公差为千分之几英寸，用传统方法很难加工，需要多次设定。这种情况不但影响循环时间，而且多次加工产生的热量可能使零件翘曲，损坏零件的整体性和精度。Wichita公司选择了3台高速加工单元，提高了零件的质量和产量，减少了循环时间。 　　新的加工单元包括9台Makino MC1816-5X高速加工中心，不但省去了专用机械设备，而且还合并了零件的精加工和钻孔工序。比以前的设备速度快30%，能制造更多高质量零件。高科技支撑系统可缩短每次循环时间，增加主轴的利用率，减少操作者出现误差的机会。MC1816-5X高速加工中心由A2单元控制器支撑并且是标准化工装，能为新一代737以及767和777飞机制造24种不同的窗户连接隔框。 　　高速钻削是新系统的主要应用。由于在MC1816-5X上进行钻孔工序，孔的精度从几百分之一英寸变为几千分之一英寸。嵌入式钻削刀具和端面铣用10?000?r/min的速度铣孔。切屑带走因切削产生的热量，减少了在工件上切割时的热影响。 　　零件的质量也影响窗户连接隔框组件的加工循环时间和成本。用于装配时消除由于零件不精确引起飞机铝蒙皮和窗户框之间的小间隙的衬垫已经减到最少。 　　传统装配这些零件需要几百个定做的垫片，制造和安装垫片负面影响了装配时间、成本和窗户组件的质量。现在只需一块垫片，而且已经特别设计到组件中。MC1816-5X加工中心的探测仪在加工过程中跟踪检测零件精度，保证没有人为误差。 激光成形技术——用粉末制造飞机零件 　　航空航天工业中采用一种激光成形技术，用粉末状钛制造高科技钛件。这是一种新的工艺，可以降低样机零件的生产成本。美国明尼苏达州的研究人员研究了这种激光成形工艺，可把钛合金粉末沉积到基材上，形成可加工到低表面粗糙度值的“预成形”形状。这种工艺可比传统的铸造法或其他加工方法减少生产废品80%，并把生产周期从几个月减少到几周。 　　激光成形工艺是在惰性气体(通常是氩气)室中采用高功率二氧化碳激光熔化基材和正在沉积的钛粉。采用这种工艺制造零件，激光保持不变，而零件本身通过计算机数控(CNC)装置移动。CNC机床随刀具轨迹移动。设计者采用标准的计算机辅助设计软件设计的实体模型直接形成刀具轨迹。该技术对于制造样机零件和小规模生产运行是理想的，还有可能广泛应用于钛合金加工。 降低飞机噪声的新工艺 　　通过采用Sulzer Metco公司的新型等离子喷涂内径技术，可制造更安静、效率更高的飞机发动机。 　　在2～4座的小型飞机中，发动机占了飞机总重量的很大比例。因此，如果采用较轻的材料制造发动机，飞机会更轻，污染会更小。这种既轻又有强度的材料是铝硅合金。但是在汽缸内径和活塞环之间还有摩擦问题。传统的解决方法是在铝块和活塞环之间插入铸铁环，这样就增加了重量和成本。另外还试验了其他方法，不是成本较高，就是产生了环境问题。 　　Sulzer Metco公司提供的解决方法是用耐磨损和摩擦的等离子涂层喷涂铝孔的内径。在喷枪头的旋转速度达到200次/min的Rota-Plasma-500设备上进行。35?mm内径可获得稳定的表面，可自动重复连续生产。 　　目前瑞士Langenthal的MDB Flugtechnik公司已成功应用这项技术制造了四缸铝发动机，采用液体冷却，使用无铝燃料，降低了常用的汽缸内衬的重量，发动机更轻了。 CNC改进了航空航天工厂的多轴向加工 　　制造数据系统公司(MDSI)的Open CNC软件是一种全软件化的CNC软件包，不但能满足航空航天用复杂的五坐标机床的需要，而且能帮助减少循环时间，增加可利用时间。采用MDSI的软件，机床总体性能大大提高。在双主轴Rigid五坐标铣床和Sundstrand五坐标Omnimil机床上安装了MDSI的Open CNC软件以后，明显提高了生产率，并能把网络上的一串机床连接起来，进行遥控诊断、直接数字控制和数据收集。此外，还可按照所需要的方式进行管理。 复合材料设计软件减少了 欧洲战斗机零件的加工时间 　　复合材料设计软件正在帮助英国航宇公司的工程师们大大减少欧洲战斗机2000中的复合材料的加工时间。美国马萨诸塞州复合材料设计技术公司(CDT)的制造工程师们在计算机上确定复合材料铺层，取消了过去在复杂表面上进行复合材料铺层的试车，消灭了误差。新技术保证制造能反映设计意图。通过取消不必要的补片可减轻重量，英国航宇公司也希望通过采用这个软件节省生产时间。 (盛蔼伦　供稿) 摩擦搅拌焊接技术用于航空航天领域 　　Eclipse航空公司打算把摩擦搅拌焊接技术应用于航空产品上。首先在薄的材料上应用。这是公司为制造强大、安全和经济性飞机计划的一部分，将在价格和性能上有新的突破。 　　摩擦搅拌焊接被用于波音火箭Delta家族的主要结构生产，并被批准用于航天飞机的外部燃料箱。此外，它还用于造船和海运业。摩擦搅拌焊接技术的优点很多，它取消了几千个铆钉，从而节省了装配成本，并且使连接件强度更高、重量更轻、结构效率更高。 　　摩擦搅拌焊接使用一种特殊的工具，该工具上带有突出的销棒，把销棒插入两片要焊接的材料之间，并且沿焊接区域移动，同时高速转动。这样在工具与铝合金之间产生摩擦热，使铝合金软化，但不熔化，材料变为塑性状态与基体成为一体。 　　Eclipse航空公司致力于设计和生产一种现代、经济的喷气飞机，以此改变运输机市场。公司正在应用产生巨大变革的推进装置、制造及电子系统来生产比今天更安全、成本更低、操作更容易的小型喷气飞机。 在B-2飞机上应用的新材料 　　美国空军正在试验一种新型磁性雷达吸波材料，目的是极大地减少对B-2轰炸机隐身表面进行维护的时间和精力。如果该材料满足预期的要求，将在今后7年计划要维修的20架飞机上应用。喷涂在雷达上的新型吸波材料试验是在加利福尼亚的爱德华空军基地进行的，这项试验将使维修时间从以小时计算缩减到以分钟计算。 　　新型材料名称为交变高频材料(Alternate High_Frequency Material，AHFM)，是一种永久涂层。这种涂层被喷涂在轰炸机外围有口盖的壁板处，大约90%可移动蒙皮壁板使用这种材料，从而减小缝隙尺寸，避免反射雷达信号。使用这种材料的大部分壁板是在B-2机身的下侧及靠近前缘及后缘部分。此外，用紧固件固定的壁板也要喷涂这种材料。使用该技术主要是提高飞机的低可探性，并且可使非隐身的军用飞机具有一定的隐身性。 (任晓华　供稿) 高速高精密龙门式加工中心 　　目前正在英国Marwin Production Systems公司的Wolver hampton工厂制造的高速高精密三轴联动CNC龙门式加工中心的床身有45?m长，7?m宽，比目前世界上航空航天工业领域中所使用的其他机床要大得多。该机床已由英国宇航系统的空中客车公司订购，用于加工空中客车A340-600的铝合金机翼蒙皮板。 　　该机床是Marwin Production Systems公司的Alumax系列产品，它有两个平行的41?m×3.6?m×0.55?m的加工区，可同时进行加工。龙门移动，立式双主轴，每一主轴具有85?kW功率，最高转速20?000?r/min,工进20?m/min，±1?m/s2加减速度。为了确保X轴定位的高精度，Marwin Production Systems公司采用了激光位移检测装置来代替常用的磁尺或光棚位移检测装置。该机床还装置了非接触式自动测量加工板材厚度的超声波检测系统、两个独立的ATC及刀具识别和使用寿命监测装置等，特别适用于航空航天工业铝合金板材和左右对称件的高效高质加工。Alumax系列的一台单龙门、五轴联动、30?m长床身的CNC高速高精密加工中心已在韩国航空工厂的新车间中运行，A、B轴的使用范围为±30°，该机床主要用于加工欧洲和美国的飞机零件，使用效果令人满意。 　　Marwin Production Systems公司已生产的Alumax系列产品中最大的机床是床身长87?m、三龙门、五轴联动的高速高精密CNC龙门式加工中心。该机床可容纳6个21?m长的机翼板材同时加工，是目前世界上最大的龙门式加工中心。 (是有钧) (栏目责编　宇　迪)     

转变经营理念加快企业发展访中国机床工具工业协会工具分会秘书长沈壮行

在制造加工业中,刀具成本通常只占机械加工成本的3%左右,但它却影响到整个加工成本的25%到28%。改进切削工艺和应用先进刀具有可能套增加一定的成本,可由于切削效率的提高而通常会得到成倍的回报。随着经济、信息全球化时代的到来,市场竞争也越来越激烈,同质化的现象也越来越普遍,企业的竞争已经由单个产品的竞争转向全方位的竞争。刀具企业同样不可避免。如何在激烈的竞争中保持优势地位?为此,本刊采访了行业专家和几家比较知名的刀具企业。     

新工艺集锦

车铣复合加工 最早的车铣复合加工,是在车床的横向小拖板上装上可回转的车铣夹头来进行的。以后出现了专门的车铣加工机床和车铣加工中心机床。这种加工由于采用多刃的回转铣刀替代单刃的车刀,因而切屑呈逗号型短屑,解决了车削中的断屑问题。同时刀具寿命也大大提高,最高的达20～30倍。车铣加工可采用较高的切削速度和较高的切削用量,故可提高生产效率。车铣加工的应用范围是:粗加工和半精加工,特别是大余量的拔荒及回转体上开槽、铣平面等。     

发展现代高效刀具提高加工效率和效益

现在我国很多企业制造技术水平不高,对机械行业中通过现代切削技术和高效先进刀具来提高生产效率并降低成本的认识不足,不重视通过提高加工技术水平来提高生产效率。我国的机床生产近年来发展迅速,制造业的机床拥有量已达700万台,在世界遥遥领先,稳居第一,但刀具工业却远远落后于机床的发展。切削技术落后,先进的高效机床没有高效先进的刀具配备,从而使高效机床的加工效率得不到发挥,严重影响了生产效率的提高和加工成本的降低,制约了制造业的进一步发展。     

超硬刀具和材料的研究与应用

超硬复合材料是一种非常有发展前途的刀具材料,金刚石和立方氮化硼是其中的2种,在应用领域具有较好的互补性.先进的切削技术离不开先进的刀具,超硬刀具符合现代高速、高效、低成本以及环保的要求,是一种理想的切削刀具.切削加工是现代制造业应用最广泛的加工技术之一.据统计,国外切削加工在整个制造加工中所占比例约为80%～85%,国内则高达90%.     

VERICUT数控程序切削速度优化

优化原理来源于实际生产.无论是手工编程还是软件编程,其程序速度一般比较固定,可以给定例如下刀、抬刀速度,但无法得知每步的切削量,从而无法根据切削量调整切削速度,所以我们在实际生成中常常看到机床操作者使用倍率旋钮来调整切削速度,操作者的目的是:第一,避免切削余量大,损坏刀具和损伤机床;第二,提高加工效率.     

不同刀具车削加工高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂切削力研究

为探索高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的切削加工性能,对该类材料进行大直径薄壁回转类零件的车削加工。采用四种不同刀具进行实验研究,获得了不同切削参数及不同刀具材料对切削力的影响规律。试验结果表明:切削用量三要素中,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,而切削速度的影响很小。当切削速度为119.32 mm/min、进给量为0.1 mm/r、背吃刀量为0.5 mm时,为最优切削参数。Ti-Al-Si-N纳米涂层硬质合金和超硬材料F2HX无涂层硬质合金刀具适合于低速加工,而PCD刀具则适合于高速加工。     

精化普通精密机床亚微米级加工等2则

精化普通精密机床亚微米级加工 本成果主要用于经精化的普通精密机床对有色金属零件进行亚微米级加工，其检测技术对其他材料的精密、超精密加工同样适用。 本成果基本特点是通过机床主轴、导轨精化，亚微米级微进给装置，金刚石刀具刃磨三大环节实现精密机床进行亚微米级加工，本技术经济实用，实施经费少(6万元)，周期短(6个月)，有推广应用价值。 微进给装置：分辨率0.1μm，静态精度0.2μm，动态精度0.4μm。 被加工有色金属零件精度：圆度0.15μm～0.19μm，直线度0.3μm/100mm，轴向尺寸控制精度0.4μm(20μm进给范围内)，粗糙度Ra≤0.06μm。 碳纤维/酚醛树脂喷管整体模压 本成果可用于小型固体火箭发动机喷管耐烧蚀及绝热件。 本成果在金属喷管壳体中直接将碳纤维/酚醛树脂压制成型，工艺简单。 烧蚀层扩散段与绝热层背衬用同一种材料，大大提高了复合材料与金属喷管体的结合力与可靠性。采用金属壁开槽和中间过渡层技术提高了制品的密封性和可靠性，并降低了模压件的内应力。 技术要求：碳纤维与酚醛树脂质量比为60:40;处理剂为KH—550。 本成果经济效益好，可推广应用。 李连清     

航空专用刀具

<正>随着航空制造技术的不断发展,航空用材料的更新换代也呈现出高速更迭态势,难加工材料所占比重也逐渐增大。随着材料的发展,不断推出新技术和新结构刀具、开发多功能刀具和高效专用刀具是航空材料对未来刀具提出的新要求。     

PCD刀具车削不同颗粒含量SiCp/Al复合材料试验研究

碳化硅铝基复合材料具有优良的导热性、较高的比强度和比刚度,在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于此复合材料中含有增强相,导致材料的切削加工性能变差。通过试验分析了不同颗粒体积分数(纳米级5%、微米级25%)SiCp/Al复合材料和切削参数(切削速度、背吃刀量、进给量)对刀具磨损和工件表面质量的影响,并对刀具磨损机理进行了研究。试验结果表明,车削微米级25%SiCp/Al材料时聚晶金刚石PCD(Polycrystalline Diamond)刀具磨损更严重,且工件表面质量更差。随着进给量和背吃刀量的增大,工件表面粗糙度值增大,刀片前刀面磨损严重;随着切削速度的增大,工件表面粗糙度值减小,刀片前刀面磨损量增大。选取本文切削参数进行SiCp/Al复合材料的切削加工时,发现刀具磨粒磨损、微崩刃是PCD刀具后刀面磨损的主要成因,且刀具前刀面也会产生积屑瘤。研究结果可为SiCp/Al复合材料PCD车削工艺的优化提供理论基础。     

复合材料结构的修理方法

全世界先进复合材料的消耗量大约2500万磅,用于制造零部件的费用达1.5亿美元.(年增长率16％)。 尽管先进复合材料总量的60％用于航空工业,然而由于技术上的原因,飞机上只用10～20％的复合材料。复合材料使用的进展比人们预期的要缓慢得多。 问题在于对损坏的复合材料结构缺乏相应的修理技术。与热固性复合材料相比,热     

汉诺威国际机床展EMO2005评述

汉诺威国际机床展览会(EM02005)概况 2005年9月14～21日在德国汉诺威举行的EMO2005国际机床展览会,共有16个展馆,展示了来自39个国家和地区的2001家参展商的金属加工产品和最新制造技术.EMO2005的净展览面积为16万多m2.来自82个国家和地区的16万多关注制造业发展趋势和最新工程技术的观众参观了EMO2005,国外观众占35%.     

新型弹簧限位夹紧刀杆与外锥面锪孔钻的应用

新型弹簧限位夹紧刀杆设计结构的应用有效解决了难加工材料薄壁结构零件切削加工变形难题,同时为同类型结构零件在加工过程中的刀具设计提供了可行的借鉴,该结构利用可换外锥面锪孔钻头,可节约大量高速钢刀具材料,降低刀具的制造和使用夹具费用,此项目研究成功,为公司节省了大量外购刀具费用,提高了生产效率,降低了成本,赢得了客户满意。同时沉积了设计结构与经验,为同类产品的国产化、系列化奠定了坚实的基础。     

喷射成形大型航宇合金零件

喷射成形技术正在很快成为制造飞机发动机镍铝超级合金零件的一种最具成本 -效益的可靠方法。这种技术采用很细的金属合金雾滴制造零件 ,在许多情况下用这种方法制造的零件比传统方法制造的零件更坚固 ,更有韧性。在加工时采用氩气或氮气使金属呈雾状 ,形成液滴 (10～ 50 0 μｍ) ,然后通过锥形喷流沉积在预成形件的表面。添加陶瓷颗粒 (5～ 15μｍ碳化硅 )转换合金涂层以形成金属基复合材料。该工艺特别适于制造发动机环和外壳等零件 ,在某些情况下比传统制造方法降低生产成本 30 %。随着飞机发动机体积增大 ,通过传统方法制造令人满意的、…     

精密、超精密切削技术发展概况

我国在精密和超精密机床、精密切削刀具、超精密检测等精密切削的关键技术方面与德国、日本、美国等制造强国相比仍有很大的差距。随着机床和刀具技术的发展,精密切削技术将朝着更高精度(分子去除、原子去除、量子技术等)等方面发展。因此,要达到甚至超过国外精密切削技术水平,我们仍有很长的路要走,至少还需要20~30年的努力。