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精密車削加工技術(shù)成為增效降本主要方法
精密車削加工用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料層切去成為切屑,使工件獲得規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法,任何切削加工都必須具備3個基本條件:切削工具、工件和切削運(yùn)動。切削工具應(yīng)有刃口,其材質(zhì)必須比工件堅硬。不同的刀具結(jié)構(gòu)和切削運(yùn)動形式構(gòu)成不同的精密車削加工方法。用刃形和刃數(shù)都固定的刀具進(jìn)行切削的方法有車削、鉆削、鏜削、銑削、刨削、拉削和鋸切等;用刃形和刃數(shù)都不固定的磨具或磨料進(jìn)行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和拋光等。
精密車削加工是機(jī)械制造中最主要的加工方法。雖然毛坯制造精度不斷提高,精鑄、精鍛、擠壓、粉末冶金等加工工藝應(yīng)用日廣,但由于精密車削加工的適應(yīng)范圍廣,且能達(dá)到很高的精度和很低的表面粗糙度,在機(jī)械制造工藝中仍占有重要地位。數(shù)控切削加工作為制造技術(shù)的主要基礎(chǔ)工藝,隨著制造技術(shù)的發(fā)展,近年來也取得了很大的進(jìn)步,進(jìn)入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的發(fā)展新階段。它是制造業(yè)中重要工業(yè)部門,如汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、軍事工業(yè)和新興的模具工業(yè)、電子工業(yè)等部門主要的加工技術(shù),也是這些工業(yè)部門迅速發(fā)展的重要因素。因此,在制造業(yè)發(fā)達(dá)的美、德、日等國家保持著快速發(fā)展的勢頭。精密車削加工機(jī)床作為數(shù)控機(jī)床必不可少的配套工藝裝備,在數(shù)控加工技術(shù)的帶動下,進(jìn)入了“數(shù)控刀具”的發(fā)展階段,并顯示出高效率、高精度、高可靠性和專用化的“三高一?!毙绿攸c。模具網(wǎng)CEO、深圳市模具技術(shù)學(xué)會專家委員羅百輝分析認(rèn)為,當(dāng)前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削工藝已經(jīng)顯示很多的優(yōu)點和強(qiáng)大的生命力,成為制造技術(shù)提高加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。
精密車削加工是高速切削技術(shù)的一個應(yīng)用領(lǐng)域,即用單刃或多刃刀具加工淬硬零件,它比傳統(tǒng)的磨削加工有效率高、柔性好、工藝簡單、投資少等優(yōu)點,已在一些應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生較好的效果。在汽車業(yè),用cbn刀具加工20crmo5淬硬齒輪(60hrc)內(nèi)孔,代替磨削,表面粗糙度可達(dá)0.22μm,已成為國內(nèi)外汽車行業(yè)推廣的新工藝。
當(dāng)前發(fā)展高速切削等新的切削工藝促進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)代切削技術(shù)面臨的新任務(wù)。模具網(wǎng)CEO、深圳市模具技術(shù)學(xué)會專家委員羅百輝認(rèn)為,當(dāng)代的高速切削不是切削速度的局部提高,是需要在制造技術(shù)全面進(jìn)步和進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上,包括數(shù)控機(jī)床、刀具材料、涂層、刀具結(jié)構(gòu)等技術(shù)的重大進(jìn)步,才能達(dá)到的切削速度和進(jìn)給速度的成倍提高,才能使制造業(yè)整體切削加工效率有顯著的提高。把當(dāng)前的高速切削水平實用化,使我國機(jī)加工整體切削效率提高1~2倍,縮小與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距,是我國從事切削加工與刀具技術(shù)的專業(yè)人員在新世紀(jì)的努力目標(biāo)和面臨的重大挑戰(zhàn)。
在美國、德國和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家,其模具工業(yè)近年來正在進(jìn)行一場大規(guī)模的技術(shù),這就是逐步用精密車削加工替代電加工設(shè)備,對模具型腔進(jìn)行高效精密加工。這些機(jī)床主要包括各種高速數(shù)控銑床、加工中心等。
目前在精密車削加工制造過程中,主要以普通機(jī)加工和電火花機(jī)床加工為主。普通機(jī)床加工模具型腔一般都是在熱處理前進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工,然后磨削,打磨拋光,費時又費力。電火花加工是在退火后進(jìn)行切削加工,然后進(jìn)行熱處理、電火花加工,最后經(jīng)過打磨、拋光。
隨著消費類產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快,對模具的生產(chǎn)效率和制造品質(zhì)提出了越來越高的要求,電火花加工模具的生產(chǎn)效率低下和品質(zhì)不穩(wěn)定的缺點逐漸暴露出來。羅百輝表示,模具企業(yè)要縮短制造周期并降低成本,必須廣泛采用先進(jìn)切削加工技術(shù),而代表先進(jìn)制造技術(shù)的高速切削技術(shù)的出現(xiàn),滿足了現(xiàn)代模具加工的要求與特點。
工藝分析
該組合件主要由以下幾大塊組成:外圓、外螺紋、外槽、內(nèi)孔、內(nèi)螺紋、內(nèi)槽,主要考核點為內(nèi)外螺紋的互相配合。下面對其進(jìn)行綜合工藝分析。
零件1加工:
(1) 夾外圓右端,平端面鉆中心孔,再用的鉆頭鉆孔,孔深35mm。
(2) 左端外圓粗加工,加工至外圓處,精加工各檔外圓。
(3) 加工2×4兩處外槽,至精度要求。
(4) 粗加工內(nèi)孔,精加工內(nèi)孔至精加工要求。
(5) 掉頭夾的外圓,打表找正,平端面控制總長。
(6) 粗精車螺紋外圓和錐面,精加工至尺寸要求。
(7) 車螺紋退刀槽。
(8) 車螺紋,加工至通規(guī)通、止規(guī)止。
零件2加工:
(1) 夾外圓左端,平端面鉆中心孔,再用的鉆頭鉆通孔。
(2) 粗加工外圓,精加工至尺寸要求。
(3) 掉頭夾外圓,平端面控制總長。
(4) 車外錐至加工精度。
(5) 粗加工內(nèi)孔,精加工內(nèi)孔至精度要求。
(6) 車螺紋退刀槽。
(7) 車內(nèi)螺紋,加工至通規(guī)通、止規(guī)止。
3.刀具選擇
內(nèi)孔刀:
(1)選用的中心鉆鉆削中心孔,、的鉆頭鉆孔。
(2)粗、精車內(nèi)輪廓及時選用93°硬質(zhì)合金內(nèi)孔刀(刀尖角35°、刀尖圓弧半徑0.4mm)。
(3)內(nèi)螺紋退刀槽采用4mm的內(nèi)溝槽刀加工。
(4)車削內(nèi)螺紋選用60°硬質(zhì)合金內(nèi)螺紋車刀。
外圓刀:
(1)粗、精車外輪廓及平端面時選用93°硬質(zhì)合金外圓刀(刀尖角35°、刀尖圓弧半徑0.4mm)。
(2)螺紋退刀槽采用4mm切槽刀加工。
(3)車削螺紋選用60°硬質(zhì)合金外螺紋車刀。
高速切削技術(shù)用于加工模具的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:
(1)精密車削加工大大提高了加工效率,不僅機(jī)床轉(zhuǎn)速高、進(jìn)給快,而且粗精密車削加工可以一次完成,極大地提高了生產(chǎn)效率,再結(jié)合數(shù)控技術(shù),模具的制造周期可縮短約40%。
(2)精密車削加工模具既不需要做電極,也不需要后續(xù)研磨與拋光,還容易實現(xiàn)加工過程自動化,提高了模具的開發(fā)速度。
(3)采用高速切削技術(shù)可加工淬硬鋼,而且可得到很高的表面質(zhì)量,表面粗糙度低于Ra0.6μm,取得以銑代磨的加工效果,不僅節(jié)省了大量的時間,還提高了加工表面質(zhì)量。