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第二届高速切削技术研讨会在上海成功举办

2012年08月27日 08:53中国机床商务网点击:6102

  4月28-29日,由荣格会议有限公司举办,瓦尔特、新美科、福禄、福斯润滑油、翰默、南京大地水刀、威士顿精密机械、安美等多家业内知名公司共同赞助的“第二届高速切削技术研讨会”在上海成功举办。来自各大著名院校、科研机构的资深教授以及企业的工程师和参会代表齐聚一堂,共同探讨高速切削加工的应用案例、工艺探讨、技术服务,以及如何发挥高速加工机床和刀具的潜能等话题,同时现场还有专家为高速切削的现状及未来发展趋势指点迷津。整场会议高潮迭起,参会代表们都认为好的技术正在帮助越来越多的行业迈向新的巅峰。
  
  正确定义刀具寿命尤为重要
  
  上汽集团乘用车公司发动机厂主任工程师,副教授吴抗美在《影响高速切削过程的一些因素》报告中说,在现代发动机厂中经常使用的高速刀具有PCD\CBN刀具也有粉末冶金高速钢和硬质合金刀具,绝大多数刀具都是内冷刀具;高速切削过程中一些举足轻重的因素往往决定高速加工的可行性、经济性和稳定性,如切削液的选用、压力、浓度、温度等等;工件的结构工艺性;刀具刃口的几何形状以及刀片的装夹优化等等。
  
  目前为止国内对于高速切削的大多数研究都聚焦在实验室的切削实验和高速切削的机理研究,而现实是高速切削在大多数大型汽车发动机加工行业内应用相当普及,世界一流的具有精密高刚度的电主轴的卧式加工中心或者专机,高效恒温的冷却润滑液喷射压力高达70巴,先进的装夹系统和更可靠刀具系统以及维护这一切的专业队伍,与国外同行相比毫不逊色。而实际应用中更多地考虑的问题往往是高速切削过程伴生的一些问题,对于企业来说稳定可靠高效地实现大规模生产的重大课题是如何经济可靠的控制高速切削过程。
  
  一般地讲来高速切削的条件常常是超硬刀具、高效的切削液、高刚度的加工系统;实际上往往遇到许多干扰因素,比如零件的结构工艺性、切削液的压力和浓度、刀刃的抗冲击强度、夹具的夹紧刚度等等。
  
  吴教授认为以下几方面会影响以下几方面会影响高速切削:其一,零件的结构工艺性:实际应用中高速切削要求切削过程精确平稳地进行,消除切削过程中的冲击,这种冲击可能来自于铸件表面的硬质点但更多的是工件几何表面的不连续性,特别是对于那些没有经过钝化的金刚石刀具的锋利切削刃极易破损,此外还要考虑减小切削过程的应力集中,加工面的易加工性等等;1.保证可靠的连续切削,防止出现切削断续;对于高速切削过程中的PCD刀具,加工表面的断续导致刀刃瞬间冲击破损。CBN刀具切入时工件的尖角导致刀刃局部应力集中加剧刀具的局部磨损和破损。复合刀具的切削工艺性,考虑各个刀刃切削状态相互影响。其二,刀刃的几何参数和过小的粗糙度处理。其三,润滑液压力和浓度:高速切削中润滑液的作用常常是举足轻重的,重视不同的加工方式的润滑液浓度和压力是必要的。其四,机床主轴稳定性:多采取连续的加工速度避免在工作中变速,并选用动态刚性更好的设备主轴。
  
  吴教授认为高速切除了大大提高加工效率和稳定的加工质量,同时也是经济可行的,实际上现代发动机厂在刀具使用方面大多数刀具寿命都是受控的,根据加工零件的要求(或者SPC的控制线要求)制定的刀具控制寿命一般远离刀具的快速磨损阶段,当刀具到达规定寿命就会被撤换下来。(按:与过去的加工方式比较,大多数撤换下来的刀具基本上完好无损)PCD刀具的价格可能是普通硬质合金刀具的10倍以上,但合理使用的高速刀具寿命往往远大于硬质合金刀具。
  
  “正确定义刀具寿命对于现代发动机加工企业是非常重要的技术工作,而目前为止的刀具寿命规定大多数约定俗成—根据实际使用条件来确定,其中被冤杀的刀具往往不在少数;原因包括:对于一些加工精度较高的表面,PCD刀具的初期磨损导致被加工工件尺寸精度、位置精度超差;由于工件材质、机床设备、冷却系统等等因素不稳定,导致刀具的早期崩刃大大降低刀具寿命的预期;由于刀具材料、几何角度不稳定导致加工寿命预期降低;由于缺乏一套科学制定刀具寿命的方法和原则。
  
  高速切削在航空中的应用
  
  上海交通大学机械与动力工程学院教授,博士生导师,陈明博士在《高速切削技术在航空典型零件加工中应用》谈到,航空结构件:结构整体化是新一代大型客机的发展趋势,已经成为现代先进大型飞机设计制造领域的一个重要标志。航空整体结构件具有形状复杂,材料去除率大的特征,大多为弱刚性薄壁结构。“航空铝合金用量减少,钛合金和复合材料用量增加。航空铝合金整体结构件在飞机结构中依然占及其重要的地位,并且随着新型铝合金的开发,对加工工艺提出更高的要求。”陈教授说,高速切削技术是航空整体薄壁零件实现高效精密加工的唯一工艺,成为航空制造领域核心关键技术。
  
  高速切削技术以高切速、大进给为主要特征,并且能大幅度降低切削力;切削热大部分由切屑带走从而降低温度;较高的主轴转速使得刀具的激振频率避开薄壁结构工艺系统的振动频率范围,避免振动。“高速加工特别适合整体薄壁零件的加工,同时,高效数控工装系统在也航空件加工中被广泛应用”,陈教授认为,航空发动机的轻量化、整体化、新型冷却结构制造技术正在向低成本、高效率方向发展;新材料构件制造技术出现较大突破;新工艺技术成为现代航空发动机发展的重大关键制造技术,并得到广泛应用。
  
  制造业未来趋势:高效,节能,绿色
  
  同济大学现代制造研究所名誉所长,教授,博士生导师张曙在《高效加工的现状及趋势》的报告中指出,高效加工在某种程度上可以涵盖高速加工,虽一字之差,高速加工却不等于高效加工。高速加工是通过高切削速度来加以体现,主要目的是提高加工效率和表面质量。而高效加工包括更加广泛的技术、经济和社会内涵。“从不同的视角去看,高效加工关注重点也有所不同。”张教授强调。
  
  张教授从三个视角为我们指引了制造企业的未来之路——技术视角:聚焦高效率。高效率是指该系统单位时间内的材料切除体积或加工的零件数量,即切削过程的效率,而非仅仅是切削速度。环境视角:聚焦高能效。顺应发展低碳经济的潮流,实现单位产出的能耗最小和废弃物最少,资源利用最有效。经济视角:聚焦高效益。是指社会和经济综合效益最高,而非仅仅是加工的成本或利润。
  
  谈到聚焦高能效——高能效机床的愿景时,张教授表示应该从产品的整个生命周期审视,力求逐步实现:机床零部件由再生材料制造(循环、节能);机床重量和体积减少40%以上(省材、节能);能源消耗减少30~40%(减轻移动部件质量、提高传动效率、降低空转功率等节能措施);使用过程的废弃物减少50~60%(减排);报废机床的材料100%可回收(循环、减排)。“轻量化方面,新材料的加工值得关注”,张教授说,采用碳素纤维、工程陶瓷和夹心材料制造机床移动部件,可以减少重量,从而降低惯性力的负面影响以及驱动所需的功率。采用天然花岗石或人造花岗石(树脂混凝土)制造机床床身等非移动部件,可以提高机床的动态性能和热稳定性。
  
  “减重节能、动态补偿,这是一种全新的机床节能的概念:大幅度减少机床移动部件的重量,既节省材料;又可降低机床使用时的驱动功率(能源消耗)”。张教授介绍说,传统的理念是:只有足够的刚度才能保证加工精度,提高刚度就必然要增加机床部件的重量。而保证刚度和减少重量难道誓不两立?而分析表明:机床重量的80%是用于“保证”机床的刚度,而只有20%用于满足机床运动学的需要;因此机床结构优化的空间很大。
  
  张教授又详细介绍了聚焦高效益——MQL(微量润滑),他说,通常在切削加工中需要切削液(冷却润滑液)。切削液的采购、存贮、使用和废弃处置需要专门的技术和物流系统,费用很高,大约占加工成本10%~15%。同时,冷却液的使用与处置不当会对环境造成污染,甚至对人的健康造成危害。随着对环保的重视,处置切削液的维护成本和废弃费用不断上升。
  
  目前花费在冷却的总费用已经是刀具费用的2~3倍,采用微量润滑MQL或干切削,正作为节省成本和节能减排的措施替代某些湿切削加工过程。MQL能帮助加工企业降低成本、提高刀具寿命、加工效率及加工精度。
  
  “数控机床的发展趋势不仅是高速化,高速加工最终目标是提高生产效率和加工质量,与高效加工是一致的。高效加工除了提高加工效率外,还关注能源利用效率,以应对欧盟即将出台的机床能效指令。”张教授说,目前机床用于切削的功率仅占总功率的25%,驱动、辅助装置和损耗却占75%,节能或提高能效大有可为。提高机床能效的主要途径是:采用新结构和新材料减轻部件重量达到节能,而采用干切削和MQL可实现节能减排。
(来源:荣格工业资源网)

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