每個加工工藝的目標應該是在確保高生產率和低生產成本的同時,達到最大化的安全性和可預見性。為達到此目標,需綜合權衡以下因素:工件的材料、形狀和尺寸;機床;CAM系統;工件和刀具的夾緊;切削刀具的選擇以及它們如何被使用。
1 加工時可導致問題發生的變量
1. 切屑的形成和排出:這需要全面受控,否則,長切屑會引起生產的停頓并損壞工件、機床和切削刀具,甚至損傷操作工。對此,要徹底了解作用在刀具上的切削力,一旦失去了控制,加工中就會有刀具損壞、切削刃損壞和引發振動的風險,而上述所有的風險都會導致生產停頓和工件被錯誤加工。
2. 刀具磨損:這必定是持續的,比如后刀面磨損或月牙洼磨損。需要避免突發的刀具磨損(破裂或者剝落)。
3. 熱:加工金屬會產生很多熱量,如不通過切屑排出,這些熱量將集中在切削刀具或是工件表面,危害到已加工工件的品質。切削刀具上的溫度高,將引起刀具材料切削金屬的性能變化,從而有損刀具壽命。
上述因素都會使得工件在尺寸、形狀、表面粗糙度和表面結構等方面難以獲得符合要求的質量。為避免這些問題,必須仔細考量切削過程和不同要素之間的相互作用。而切削方法是至關重要的一個要素——我們可以在傳統加工、高速加工、高進給加工或大批量加工之間進行選擇,事實上,每個加工方法都有其優勢和約束條件。這意味在給定條件下,不是每個方法都能提供相同的操作安全性。
2 刀具材料和幾何角度
就刀具材料和幾何角度而言,與選擇切削方法相比,一個精選的切削刃對于保證切削過程可靠而言具有最高的重要性。刀具材料必定要通過切削速度這個關聯要素與工件材料相適應。切削刃幾何角度也必須要精心加以選擇才能真正服務于加工(如粗加工或精加工)的目標。這里的關聯要素是進給量和切削深度。
3 選擇切削參數
正確選擇切削參數,需要權衡是高的切削速度搭配較低的進給量還是較高的進給量搭配適中的切削速度?每個切削工況都需要正確地予以選擇。切削速度要高到足以避免積屑瘤引起的磨損,但它也不應該高到讓熱-化學磨損模式起到主導作用的程度。切削深度和進給量的選擇必須使得切屑形成和切削刃上的機械沖擊(切削力)都能受到適當控制。
當安全性在金屬切削過程(同時保持盡可能高的生產率時)中處于重要地位時,應該優先選擇大的切削深度搭配適中的切削速度(經濟的切削)。如果條件允許,且生產率權重在全局中大于生產成本時,切削速度還可以進一步提升。但是加工過程中更高的切削速度也將涉及更多的“不可預見的風險”。
刀具之良好范例
在加工過程中提高安全性,尤其是針對高風險的工況,山高的Jetstream 刀具(一種高壓直接冷卻理念和系統)無疑是一個好的范例。這個理念已展示出其主要優勢,諸如提高刀具壽命、更好的切屑控制、更高的生產率、更低的成本、工件表面更低的殘余應力,更好的加工精度和更佳的表面粗糙度等等,以上羅列出的只是一小部分而已。
另一個范例是車削,在刀尖上使用山高刀具的修光刃幾何角度(高進給車削理念)。這允許使用明顯更高的進給量,使其在更快地取得良好表面粗糙度(生產率)方面更為容易,并能持續更長時間(更多的工件),而且,值得一提的是,它是一種更可控的方法(安全性高)。
當然,這里也有在銑削中基于傳統補償原理發展起來的高進給銑削。在這種方法中,追求無故障金屬切削的高進給量的基本理念確實是優秀的。
總結
一種經濟的金屬切削工藝要求在保持最高生產率和最低生產成本的同時,達到安全性和可預見性的最大化。實現這一目標可能有多種多樣的方法。在普通工況下,提高“你的進給量”這一理念為大部分工況提供了盡可能的最佳效果。
如若正確應用山高刀具,金屬切削過程的可預見性便能獲得顯著提升,到達一個更高水平。
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