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二手挖机析高速高精度切削加工技术发展趋势
时间:2018/3/31 23:52:11 阅读82次数

二手挖掘机制造业的发展离不开切削刀具,现代切削刀具已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一,切削加工的要求日趋提高,高速、高精度、高效、智能和环保成为切削加工的追求目标;被加工材料的能级不断提高;高强和超高强度材料、高韧性、难切削等材料层出不穷;新形势下对切削加工提出的特殊要求,如加工硬度50HRC以上的硬加工、微润滑和无润滑的干切削不断涌现。总之,切削加工中的个性化特点日见显现。

面对这些变化,若要求在刀具的设计和制造工艺或刀具材料的整体性能上来适应这些要求,技术上的难度是很大的,尤其对刀具材料而言,不仅在资源利用上极不经济,而且要求材料满足日趋复杂的综合切削性能,通常是难以做到的。

二手挖掘机

而纵观刀具切削失效的大量实例可见,绝大部分的失效往往与材料表面的物理、化学、力学等状态构成的表面性能分不开,亦即现代切削加工对刀具材料表面性能的要求愈来愈高,这就有力地推动了气相沉积技术等表面工程技术的研究。实验结果表明,可通过材料表面改性技术的方法来赋予切削刀具表面的综合切削性能,作为刀具材料表面改性技术之一的化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)工艺技术,已在现代切削刀具的应用方面取得了十分理想的效果二手挖掘机价格

目前,在作为切削刀具主流的硬质合金刀具中,涂层硬质合金刀具已占到80%以上,其中PVD技术,由于其工艺温度低,不会影响刀具基材的性能,且工艺方案变化多样,使得其应用日趋广泛。涂层技术已经成为构成现代切削刀具的三大核心技术之一。

近几年来,不断提高的切削加工要求和被加工材料的能级以及减少切削加工对环境污染等有力地推动了现代切削刀具涂层技术的发展。膜系材料多元合金化、涂层工艺组合多样化中出现的TiAIN、TiAICN、CrSiN等多元复合涂层和多层涂使刀具获得了高耐磨、低摩擦、热稳定性好和抗氧化力强等良好的综合性能,大大提升了现代切削刀具的性能;纳米组分和纳米薄膜涂层的显微结构使得难加工材料的切削得到了新的解决办法;金刚石涂层和类金刚石涂层 (DLC)在加工石墨零件和纤维增强等非金属材料及有色合金材料方面取得了良好的效果。为适应涂层工艺的发展,涂层的工艺装备亦实现了集成化、模块化和智能化,使涂层技术日趋个性化。

膜系材料的多元化

当前,现代切削刀具涂层技术发展的趋势是膜系材料的多元化。膜系材料多元合金化仍然是目前主要的研究方向,即利用过渡金属的二元氮化物、碳化物往往可以彼此互溶的特性,在Ti-N膜中加入合金元素,形成复合氮化物涂层二手挖掘机价格

例如目前在硬质合金涂层刀具中应用最多的TiAIN三元涂层,可通过调整AI元素的成份比例来获得不同的膜层性能。如在Ti-N中加入碳元素,通过碳原子的固溶和析出,可形成Ti(C、N)三元涂层,与Ti-N的单一涂层相比,这些多元涂层具有良好的综合性能,提高了抗氧化温度和耐磨性,又有低的摩擦系数。在Ti-N中同时加入AI、C元素,即可构成TiAICN的四元膜层。该膜层具有良好的热稳定性、高耐磨性和低摩擦的综合性能,已于硬加工领域的涂层立铣刀大量使用。如用于硬化模块的成型加工,不仅提高了加工效率,获得了良好的加工表面而且解决了先成型加工后热处理产生的变形问题,提高了模具的制造精度。

(二)切削加工技术的发展趋势

从刀具发展历程看,从十九世纪末到二十世纪中期,刀具材料以高速钢为主要代表;1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用;二十世纪50年代,瑞典和美国分别合成出人造金刚石,切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪70年代,人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石(PCD),解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题,使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。

刀具材料的选择是切削加工成功的基础。与硬质合金相比,PCD刀具速度可达4000m/min,而硬质合金只有其1/4。从寿命上看,PCD刀具一般能提高20倍。从加工出的表面质量看,PCD的效果比硬质合金要好30%~40%。此外,CBN(立化氮化硼)超硬材料刀具和表面涂层刀具的发展对推动切削加工技术的进步也功不可没。

一百多年来,刀具的切削速度不断提高,带来了加工效率的变化,进一步带来了加工范围的拓展。切削加工发展的最大标志,就是高速切削加工(high speed cutting,简称HSC)的发展。

二手挖掘机一个高速切削加工系统所涉及的方面很多。仅从加工过程上看,传统的切削加工,一个被加工工件(如模具),需要经过毛坯退火—粗加工—精加工—淬火—EDM准备—电火花加工—特别的精加工—人工抛光等程序。而高速加工仅需要毛坯淬火—粗加工—半精加工—精加工以及超精加工等环节,从步骤上来说就减少了三个,加工时间比传统加工方法缩短30%~50%左右;在加工小尺寸部件时,这种优势尤其明显。更有甚者,过去某些企业制作复杂的模具,基本上都需要3、4个月才能交付使用,采用高速切削加工后,只需要半个月便可完成。

一个高速切削加工系统,由刀具和技术两部分组成。与刀具相关的因素有刀具材料的选择、刀具系统的组成结构、刀具需加工的边缘形状。而与技术密切相关的是CAD/CAM系统的选择、刀具加工路径的规划、切削参数的设置以及冷却与润滑环节。

自高速切削普及以来,从1950年至2000年的半个世纪内,加工效率提高了4~5倍。当然,需要提到的是,高速切削一般是由其加工物件来定义其“高速”的范围。

刀具在全部加工成本中所占比重并不大。我们以汽车业某制造过程为例来分析:机床等设备投资占总成本35%,设备工作时的能耗占7%,企业的正常运营成本占27%,冷却及润滑成本占17%,直接人工占9%,刀具占4%。无独有偶,机床加工铝合金工件的批量生产成本中,冷却及润滑占16%,刀具4%,其他加工成本占80%。可以看出,刀具在整个成本中,仅占了极小的一部分。但是,不可忽视的是,这随着时代发展,效率成了效益的最根本因素,我们正处于制造技术快速发展的时期,切削加工已成为制造技术的主要基础工艺。随着制造技术的发展,切削加工工艺已进进了以发展高速、高精度切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特徵的发展新阶段。目前,采用高速切削生产模具已经成为模具制造的重要趋势,高速切削逐渐取代电火花精加工模具,在国外的模具制造企业已经普遍采用,可以明显进步效率。与此同时,因加工之模具多改用预硬钢材并要求一步到位而不用人手打磨或电火花加工,铣削的加工精度便直接影响整体加工时间。

高精度铣削的一般加工精度为l0μm,有的还可更高,又可分为三个档次:普通级为5μm,高精密级从3~5μm至1~1.5μm,超精密级可达0.0lμm。

高速高精度切削不仅影响工艺本身,而且也对刀具、夹具和机床提出高要求,以下将详述有关的影响和要求。

对工件的要求工件钢材在炼制过程中多少会掺有杂质,这些杂质会造成切削过程的振刀现象使刀刃崩损。热处理淬火过程亦会造成硬度不均匀,如是粗加工后淬火加硬再进行精加工,工件尺寸和几何外形的变形对后期精加工精度有很大影响。工件须要有稳定和低震动安装,避免因震动使刀具磨损影响精度。

对刀具的要求由于高速切削加工时有较大离心力和受振动等的影响,要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度,以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷,主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离而出现动不平衡,这种7:24锥度刀柄不适合高速切削使用。目前高速切削应用较多的是双面接触空心短锥刀柄HSK或 BIG-PLUS双面接触高速刀柄。

国外现今刀具的夹紧最新趋势是采用冷缩式夹紧结构(或称热装式),装夹时利用感应或热风加热使刀杆孔膨胀,取出旧刀具,装进新刀具,然后采用风冷使刀具冷却到室温,利用刀杆孔与刀具外径的过盈配合夹紧。这种结构刀具的径向跳动在4μm,刚性高,动平衡性好,夹紧力大,高转速下仍能保持高涟那祢i靠性,特别适用于更高转速的高精度铣削加工。但是刀具可换性较差,一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具,整个系统比较昂贵。

刀具涂层技术是切削加工中重要的因素之一,它直接影响着加工效率、制造本钱和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷,高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性,即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲惫的特性。高速高精切削加工的刀具技术发展速度很快,应用较多的如聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC(N)等。

刀具除了需要有良好的刀具材料、优良的刀具涂层技术、公道的几何结构参数和高同心度的刀刃精度质量等因素外,还需特别留意其它因素对刀具耐用度的影响,以免直接影响加工精度。

对切削工艺的要求

切削工艺主要包括:适合高速切削的加工走刀方式、专门的CAD/CAM编程策略、优化的高速加工参数、充分冷却润滑并具有环保特性的冷却方式等。

高速切削的加工方式原则上多采用分层环切加工,一般使用斜线轨迹进刀方式,直接垂直向下进刀极易出现崩刃现象,因此不宜采用;斜线轨迹进刀方式的铣削力是逐渐增大的,因此对刀具和主轴的冲击比垂直下刀小,可明显减少下刀崩刃的现象。螺旋式轨迹进刀方式采用螺旋向下切进,最适合型腔高速加工的需要。

CAD/CAM编程原则上是尽可能保持恒定的刀具载荷,把进给速率变化降到最低,使程序处理速度最大化。主要方法有:尽可能减少程序块,进步程序处理速度;在程序段中可加进一些圆弧过渡段,尽可能减少速度的急剧变化;粗加工不是简单的往除材料,要留意保证本工序和后续工序加工余量均匀,尽可能减少铣削负荷的变化;多采用分层顺铣方式;切进和切出尽量采用连续的螺旋和圆弧轨迹进行切向进刀,以保证恒定的切削条件;充分利用数控系统提供的仿真验证功能。零件在加工前必须经过仿真、验证:(1)刀位数据的正确性、(2)刀具各部位是否与零件发生干涉、(3)刀具与夹具附件是否发生碰撞。确保产品质量和操纵安全。

二手挖掘机市场高速铣削加工用量的确定主要考虑加工效率、加工表面质量、刀具磨损以及加工本钱。不同刀具加工不同工件材料时,加工用量会有很大差异,目前尚无完整的加工数据。通常,随着切削速度的进步,加工效率进步,刀具磨损加剧,除较高的每齿进给量外,加工表面粗糙度随切削速度进步而降低。对于刀具寿命,每齿进给量和轴向切深均存在最佳值,而且最佳值的范围相对较窄。高速铣削参数一般的选择原则是高的切削速度、中等的每齿进给量fz、较小的轴向切深ap和适当大的径向切深ae二手挖掘机价格

对机床的要求

机床结构设计、制造技术、高稳定主轴系统、先进热误差补偿系统、先进的数控进给系统等对高精度切削有着重要影响。机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展,先进的直线电动机已经问世,并成功应用于CNC机床。先进的伺服电动机驱动使进给系统加快了响应速度,进步了伺服控制精度和机床加工的定位及重复定位精度。

二手挖掘机市场现今,高速机床数控系统的速度和加速度的前馈控制(Feed Forward Control)、前瞻处理(Look-ahead)、拐角预处理都能有效地保证模具复杂曲面高速加工的质量和效率。 4%成本的刀具,却可能影响到10%~15%的整体加工效率。

 
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