材料难加工?那就给它一刀

金兆节能微量润滑 2019-01-10 09:25:51

加工材料一直是加工界的一个难点和热点!加工的材料硬度高、要求高、成型难,对于刀具的使用更加苛刻!应金粉们的要求,小编特意请来了目前代表全球最顶尖切削技术的几个刀具领军企业——来自欧洲的山特维克可乐满、瓦尔特、山高,美国的肯纳金属,日本的OSG,围绕难加工材料切削技术为金粉们展现一场金属加工盛宴!




    

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肯纳Beyond EADE高性能整体陶瓷立铣刀



视频资料,建议WiFi下观看


产品介绍


肯纳Beyond EADE高性能整体陶瓷立铣刀是肯纳金属公司的四刃和六刃高性能全陶瓷立铣刀产品。刀具采用 SiAlON KYS40材质的陶瓷材料制成,设计专门用于镍基高温合金材料的粗加工应用,切削速度最高可达1000米/分钟。提高金属去除率。与硬质合金刀具相比,更好的切削性能,加工效率提高数倍。



该刀具有多种标准规格产品,4个排屑槽刀具,可用于型腔加工和槽铣; 6个排屑槽刀具,可用于面铣和仿形加工。务必留出适当的精加工余量。



案例分析



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山特维克可乐满高进给立铣刀



产品介绍

针对航空航天对钛合金和高温合金CoroMill®Plura HFS高进给立铣刀需求的日益增加,山特维克可乐满最近推出三个系列专用于钛合金和高温合金材料的整体硬质合金高进给立铣刀,其中两个系列用于钛合金加工,分为带内冷增强型设计和不带内冷设计;一个系列用于镍基高温合金加工。

▲2F340 - 专用于钛合金侧壁铣的不带内冷的优化槽型设计

▲2F340C - 专用于钛合金侧壁铣的带内冷的增强型槽型设计

▲2F341 – 专用于镍基高温合金侧壁铣的优化槽型设计


应用范围

这三个系列的产品主要用于航空航天行业的钛合金和高温合金材料加工。除此之外,还可以用于石油和天然气行业的镍基高温合金材料,医疗行业的钛合金和高温合金材料,以及汽车行业(赛车)的钛合金材料。

案      例

零件:发动机密封环

材料:Inconel 718(275 HB) (S2.0.Z.AN)

工序:侧壁铣

机床:MoriSeiki  NV5000


结论


对这几个系列的刀具,大切深小切宽是优化选择,不仅能保证高的加工效率,加工的稳定性和足够长的刀具寿命,还能满足客户高质量的要求。


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山高JetstreamTooling® 难加工材料解决方案



解决方案


众所周知,构成一架飞机需要上万个零件,最常用的金属材料有高温合金,钛合金,高强度钢等,此类材料有一个共性就是强度非常高,非常难加工。通常反映在刀具易磨损,从而大大降低了刀具寿命;加工过程中无法断屑,以至于切屑缠绕在工件或者刀具上,破坏已加工表面,有时也会破坏刀具,甚至卷出杂物,造成事故;工人要不断停止加工,去除切屑,影响加工效率;长屑还容易堵在排屑器中,从而损坏设备,造成不必要的维修成本,且回收不方便。

 

山高刀具一直致力于为航空航天客户提供完整解决方案,凭借长期针对此类材料的加工经验和研究,开发出了一种高压冷却刀具系统(Jetstream Tooling®)。之所以称之为系统,是因为它可以连接在机床本身的冷却系统中,也可以独立使用(需增加高压冷却泵);不仅有常规连接形式的刀杆,也可以使用SECO-Capto等特殊连接机构。丰富的刀具种类不仅可以满足常规的内外圆车削,各种槽加工,也可以制作成特殊的结构形式用于加工特殊部位。


 


尽管Jetstream Tooling®是一个高压冷却刀具系统,但系统本身对冷却压力没有太高要求,从7bar ~ 300bar 都可以使用,只是冷却压力越高,其表现出的性能更优越。这是因为在切削的过程中,切削热通常是集中在切屑与刀具前刀面之间,且温度非常高(可以达到800度左右),周围的空气受热膨胀而产生非常高的气压,将冷却液阻挡在外围,常规的冷却系统根本无法将冷却液输送到这个区域,因此无法得到好的冷却效果。而Jetstream Tooling®是将冷却液通过刀体内部引导至离刀尖最近的地方,正好是切屑和刀片前刀面之间的位置。此时冷却系统的压力将会影响冷却的效果,从而影响到刀具寿命等表现。

 

 

据统计,使用Jetstream Tooling®系统在常规的冷却压力(小于10bar)下,与冷却压力在70bar左右相比,加工效率(以金属去除率比较)可以提升一倍以上,或者使用相同的切削参数(金属去除率相同)的情况下,刀具寿命可以提升一倍以上。另外,由于冷却效果良好,切屑受热后被快速冷却,使得金相组织致密而变脆,极易被冷却液冲断,而得到较小的切屑,容易被收集,不再影响已加工表面。

 


新的Jetstream Tooling®系统在原来的基础上,又将冷却液引导至已加工表面和刀片后刀面之间,从而有利于得到更好的已加工表面和有效减少刀具的后刀面磨损,增加刀具寿命。

 

加工案例


工件:机匣

材料:Inconel 718 HRC40



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瓦尔特专用工具改进钛合金加工



产品需求


总部位于图宾根的专家瓦尔特Xpress航空航天系列产品可满足航空工业的特殊要求。特别是,其按客户具体尺寸定制的整体硬质合金刀具的交货期为2~3周。一种创新的刀具涂层和刀具技术保证刀具使用寿命在某些情况下翻番。

 

航空工业的情况与其他行业略有不同。重量起着重要作用,每一克都不容忽视。正是产品重量决定了其盈利能力,而不是零部件的价格。毋庸置疑,钛合金在该行业保持较大增长,并受到普遍欢迎。特别是高强度构件,使用的钛合金最多。典型的例子是门及门框周围附件、起落装置支撑架、底架支架或起落襟翼轨道。钛合金还耐腐蚀、耐高温。

 

但是,特别是民用航空器制造厂,他们发现自己面临越来越大的制造压力,这种压力与汽车行业类似。迄今为止,波音、空客和庞巴迪主要占据了市场份额,庞巴迪的市场份额相对较小。同时,中国和俄罗斯的新竞争对手正准备进入市场。因此,制造商的压力越来越大,他们必须尽可能做到经济高效。瓦尔特成功研发的Xpress Aerospace系列在这方面做出了重要贡献。


工具系统的最新科研成果

 

挑战:钛合金比铝合金更难加工,是迄今用得最多的材料。这种材料的化学反应性很强,导致加工期间切屑被熔化在切削刃上。因为材料的热传导率差,所以切削刃处的温度急剧上升。这导致切屑的状况极其恶劣,磨性也特别大。最小的弹性模量导致工件弯曲。加上材料固化在刃口区域,因此即使是低切削速度,也会缩短刀具刃口的使用寿命。


刀具成本在很大程度上取决于对零件、材料及工艺的需求。减小壁厚可导致零件变得极不稳定,于是加工的重中之重是考虑机床的稳定性和夹紧稳定性。使用适当的冷却液策略,也对刀具使用寿命有严重影响。瓦尔特持续研发刀具系统,旨在缩短加工时间。硬质合金基体、新涂层技术以及切削刀具的宏观槽形和微观槽形此时起着十分重要的作用。但是,通过与CAD/CAM专家通力合作,加工策略还可进一步优化。


这一切使得当今钛合金精加工和粗加工的高性能切削(HPC)和强动力切削(HDC)皆有可能。WalterPrototyp Ti38 Z6-10的强力铣削和创新的新涂层,可达到140 m/min的切削速度。多达10齿的多齿解决方案,可使进给量在小接触宽度时增加50%。与传统解决方案相比,这些整体硬质合金刀具解决方案可增加金属去除率50%。

 

涂层决定寿命


新研发的基体和涂层技术的实例是Walter PrototypTi系列整体硬质合金的PVD基涂层(物理气相沉积)。与传统的ANC涂层(氮化铬铝)相比,这种涂层可大大延长刀具使用寿命 - 延长100%以上。例如,在使用Prototyp HPC Ti40进行半精加工和精加工由抗拉强度为1250N/mm²的3.7164钛合金制成的窗框时,刀具使用寿命延长154%,即从原来的175分钟延长到444分钟。使用Prototyp HDC Ti38 L进行精加工,外廓可使刀具使用寿命延长116%。速度增加25%,且加工量增加23%。


其它创新技术是可转位刀片切屑刀具材料WSM45X的CVD涂层技术,这种技术可用于Walter BLAXX M3255玉米铣刀。涂层相当于一层热保护层,切削速度可达65米每分,且刀具刃口使用寿命可延长到130分钟。这使得钛合金结构件的刀具使用寿命翻番,这些加工工序通常是满槽铣和顺铣的组合,其中切削速度为45米每分,进给量0.12毫米。另一种选项是,切削速度增加到65米每分,刀具使用寿命保持恒定,约60分钟。采用PCD(聚晶金刚石)切削刃,还可进行精铣,这是已知最硬的材料。

 

但是在这种情况下,必须实施相应的冷却策略,保持切削刃的加工温度在600摄氏度。一般来说,切削液和冷却介质的浓度对刀具使用寿命有重大影响。最重要的是尽可能直接将冷却介质引入工作区域。这可通过刀具的专门冷却液通道来实现。70巴高压冷却是新机床的最新技术。低温加工的非标刀具解决方案,采用液体二氧化碳或液氮加工,以温度较低者为准。

 

从刀具供应商到技术合作伙伴

 

瓦尔特将其自己视为数字化过程合作伙伴,因此开发出与“零件加工解决方案”密切相关的刀具。这需要一个完整的专家团队。为了完全评估工艺,最关键的前提条件是有熟练的CAD/CAM技能。为了满足客户需要,瓦尔特为整个工艺过程提供刀具、解决方案和服务。

 

于是,瓦尔特多年前就与谢菲尔德大学先进制造研究中心通力合作,研发出了“零件加工解决方案”。在项目过程中,使用航空航天工业常用的CAM程序,为结构件的所有凹窝形状研发出了非标加工策略。这种“toolbox”使得相应的加工工艺过程快速高效地从客户零件的3D模型中衍生出来。


质量最优,时间最短


“好事情总是伴随着那些耐心等待的人”当今不再适用。即使是采用根据客户需要定制的非标尺寸的高性能刀具,也面临巨大的时间压力。因此,瓦尔特从年初就提供为航空工业等行业提供了历史悠久的Walter Xpress服务。Xpress刀具解决方案的交货期为2~3周。速度从订购过程本身开始。my.Walter软件解决方案可让客户自己或与经过培训的现场服务人员合作在线设计刀具。采用“Walter Online Xpress”后,客户最大在1小时内通过电子邮件就能收到具有约束力的报价,包括2D图纸和3D模型。订单本身也往往是公司的瓶颈,在使用瓦尔特刀具管理后,订单也大大加速了。

 

瓦尔特钛合金加工的新产品组合:HPC/HDC应用的Walter Prototyp Ti38和Ti40 Z5。铣刀适合强力铣即半精加工和精加工工序。Ti40还可用于粗加工。


适用于速度为60 m/min、刀具使用寿命为130分钟的钛及钛合金的高性能铣削加工。Walter BLAXX M3255 Z5玉米铣刀,配有采用CVD涂层的WSM45X可转位刀片


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OSG复合材料加工解决方案



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最近在航空航天领域,轻量化是衡量其性能的不可缺少的条件。为了达到这个目的,国内外航空的制造厂商开始大量的使用复合材料,其优势体现于在结构减重10~40%,成本降低15~30%。但是对于复合材料的加工的机械加工并不容易,其加工难点在于材料脆性大;于纤维复合强度较高,均匀性较差;如果使用的刀具不锋利或者切削进给量较大,会引起纤维密集处不易切断。并且要加工大型的机体,加大产量的话,CFRP的机械加工量也会大幅度的增加。现在需要能以较低的成本和更高的效率进行的加工。                     

以上就是人字形铣刀DIA-HBC4,独特的设计适用于加工CFRP材料。如果使用金属加工时,使用很普遍的同款右刃螺旋槽铣刀的话,切削阻力的反力会剥下CFRP的上面表层,发生毛刺或起毛。与此相反,使用左刃左螺旋槽的铣刀的话会压到CFRP的下面的表层并在不会剥下它的同时,也不会发生不良现象。即只使用一支铣刀,利用左螺旋将上面的表层压在母材的刃和利用右螺旋将下面部分拉上来的刃,使这两个刃起到作用抑制毛刺的发生。




☞来源:金属加工出品