切削刀具的重要发展对船舶工业的影响

国际金属加工网 2017年07月27日

权衡影响船舶工业零件加工中的诸多关键因素将使制造效率不同以往。

每个零件的加工成本和切削时间、需加工的孔或表面的数量、机床性能和刀库存储量、装夹的次数等等,这些因素将共同决定着切削刀具及切削方法的选用,以最终保证所加工的船舶发动机、变速器及其他零部件的高质量水平。

目前切削刀具的重要发展,使得船舶制造高效加工成为可能。

船舶工业需要加工数目众多、类型各异的孔

对于船舶工业的应用场合来说,加工出不同尺寸、不同深度和不同质量要求的孔是零件加工的重要一环,尤其是加工发动机和变速器。 为了获得满意的加工效果,这些应用场合更加关注于加工方法和切削刀具的选用,因为没有哪一个切削领域会采用已经过时的方法。

对于某些孔来说,单孔加工的方法所产生的公差及表面质量在一定范围内是可以接受的,但对于有更多精确需求的孔加工而言,则需额外的加工工序或需采用完全不同的加工方法。 对零件质量要求的轻微不同就有可能需要进一步的加工, 这也就是为什么浅孔加工和深孔加工的最佳方法会截然不同。

任何圆孔的加工都由其直径、深度、材料及所要求的质量水平所决定。 其他影响因素包括:所用的机床、所要加工的孔数,以及切削和处理所需的时间。 基于此,评定各种可选的孔加工刀具和加工方法成为可能。

说到质量水平,车间通常不会对相对宽松公差的孔加工和紧密公差的孔加工分别采用不同的方法。 这两类对公差要求不同的零件加工,需确定切削方法和不同钻入方式。以最常见的大约两倍径深的中等尺寸的钢件孔加工为例,这也是许多行业中最普遍的一类加工,一个车间既有可能需要加工直径公差为IT10的孔(即直径偏差为84微米); 同时,该车间也有可能需要加工直径公差为IT7的孔(即直径偏差为21微米)。

联系到孔的质量,零件的加工成本和交货时间总是非常重要,这意味着必须使用正确的加工方法和刀具,以实现很高的生产效率以及出色的精度和表面质量。穿透率和可靠性是成功孔加工的重要因素。现代的可转位刀片钻是目前大部分应用场合高效需求的最佳选择,山特维克可乐满的CoroDrill 880 钻头可轻松获得公差在+0.25 mm以内的孔。但是,要用旋转钻头得到紧密公差孔,需安装偏心夹套刀柄或径向可调刀柄,以确保周边切削刃圆角的精确定位。在使用固定刀具的CNC车床上,通常的机内刀具测量就足够了。

要加工公差很大的孔,选择中等直径的CoroDrill 880可转位刀片钻头,使用推荐的切削参数、推荐的槽形和材质,就可以在数秒内在钢件上加工出符合标准的浅孔。这确保了高效大批量的孔加工,但无法保证IT10公差标准。为获得满意的公差值,就需要对周边切削刃进行精确定位,在这一点上,CoroDrill 880钻头可对刀片进行预设置。拥有Wiper(修光刃)技术的刀片还可获得杰出的表面光洁度。

另外,在机床上使用旋转刀具进行孔加工的另一种解决方案是铣削孔。 这可以通过以下方法实现:使用现代整体硬质合金立铣刀(如CoroMill Plura多用途刀具)、或可转位刀片立铣刀(如 CoroMill 390 或 490立铣刀) ,或对于更大的孔,可以用圆形刀片铣刀(如 CoroMill 300 铣刀),进行螺旋插补铣。

钻削相比,铣削孔较费时,但加工灵活性较高,同时,也可以使用更少的刀具、一次装夹完成,可在永久装配好的加工中心上使用。 该方法只适用于每孔加工时间限制不严格,且零件为一次性的或零件数量很少的情况。

精密中等尺寸的孔还可使用现代可转位刀片钻头进行高效加工,但是需要额外的精加工工序。 在钻削工序完成后,再执行一次镗削走刀,CoroDrill 880钻头可实现±0.05 mm的孔公差。 使用可转位刀片钻头时这是一种有利的方法,因为它主要不受钻体和刀片的设计和制造公差的影响。但是有一点,要达到IT7级孔公差,在钻削工序完成后需额外执行所需的镗削或铰削工序。

830高进给铰刀能在很短加工时间内精加工一个孔,完全达到IT7级公差标准。 例如,使用铰刀在钢件上加工出两倍直径深度的中等尺寸孔,按照所推荐的切削参数,只需要一到两秒时间。镗削刀具CoroBore 825是另一种可选的解决方案,尽管可能需要更长的加工时间,但可提供更广的应用领域,灵活性也更高。

选用现代的高精密整体硬质合金立铣刀是另一种有效的小批量精密孔加工解决方案。采用多切削刃的 CoroMill Plura精加工立铣刀,使用小的径向切深进行圆弧插补铣,可实现所需的高精度,但需要好的加工工况下好的刀具夹持来保证。 CoroGrip液压机械强力夹头通过很高的夹紧力,可确保最小的跳动量以及出色的加工可靠性。 使用立铣刀进行精加工工序通常比镗削解决方案更快,这是因为立铣刀带多个切削刃。

接下来我们看一看深孔加工,尤其是超过百倍直径的深孔,在先进的刀具和定制的加工方法方面都有了非常重要的发展, 最有代表性的就是推出了用于单管钻系统(STS)和双管钻系统(喷吸钻)的可转位刀片钻头。如今,通过对车间的需求进行广泛调研和评估后,山特维克可乐满正投入更多的研发力量,致力于将深孔钻削的技术和方法更上一层楼。 对在深孔加工领域已经拥有很高知名度的山特维克可乐满而言,该举措无疑将进一步延伸其先锋角色。

标准CoroDrill 800可转位刀片钻头为深孔钻削带来的益处包括:更高的生产效率、更低的成本、一致的质量、轻松刀具装夹和加工的安全性。目前的应用范围涵盖:孔直径为30~65 mm、孔公差为 IT10、表面光洁度为Ra 2 微米或更高。 使用STS系统,钻深可达钻头直径的150倍。 现在,CoroDrill 800可同时适用两个系统 —— 用于喷吸钻的800.24和单管钻的800.20。船舶工业中许多零件例如发动机、变速器的螺旋桨轴等,都可以使用CoroDrill 解决方案。

目前,CoroDrill 800具有以下优点,提升了深孔钻削的性能和加工结果:

通用性好,适合于大多数类型的工件材料;

在广泛的切削参数下断屑及排屑顺畅,排屑效率高,尽可能减少了切屑堵塞的风险;

许多情况下达到了双倍的生产效率 ——更高的每转进给和更快的切削速度,带来更快的穿透率;

新型支撑板设计以及可调整的刀具,可实现孔的高精度、高表面质量以及好的直线度,以及特殊深孔的加工;

基本无需维护,大大减少了刀具室服务的需要。 这主要得益于钻头的设计简单、稳固。CoroDrill 800具有很高的刀具精度、稳固的刀片座以及需要很少的备件,因此无需预设置。

以船舶工业为例,大型船用柴油发动机公司引进新型深孔钻削机床和新一代深孔钻削刀具,将性能和生产灵活性都提升到一个新的水平。

一家制造船用柴油发动机的公司与机床制造商以及切削刀具供应商——山特维克可乐满公司进行了紧密合作,为包含发动机缸体上的油孔钻削等加工在内的新的应用建立相关加工工艺。 该应用必须保证在生产一开始就高效。 例如,在发动机缸体上沿纵向钻出长度刚刚超过1米、直径为26~38 mm 的油孔。

“去年,我们想通过投资新的生产解决方案改善设备性能和生产灵活性,”该公司的刀具工程师解释说,“所涉及的机床是一台深孔钻削中心,主要负责单管钻削我们的发动机缸体。这套设备由山特维克可乐满支持的机床制造商负责安装,安装后我们生产的启动很顺利。我们最初也遇到类似孔误差的典型问题,但是,在运行期间问题得到了解决。该机床还配备了姊妹刀具、简易夹具、局部探测识别和定位检查,可对发动机缸体进行全面检查。它可以处理两种不同的发动机缸体,也可通过三班倒,一天在数台发动机缸体上进行深孔钻削。”

以钻削机床为基础,使用单管钻系统(STS)可在每个发动机缸体上钻削出5个26mm和2个38mm直径的孔。这种非常高效的方法要求必须具备带切削液供应和密封油压头的机床,以便可应对大批量生产以及各种材料的加工。STS是基于通过油压头的外部切削液供应,再通过管道的内部切屑传送的一种加工系统,所供应的切削液会通过钻管和已钻孔之间的空间。

对于直径为38mm 的孔,应用的是新型标准的CoroDrill 800.20 钻头;而对于26mm 的孔,将使用定制的可转位刀片钻头,因为目前标准的CoroDrill钻头所适用的直径范围为30 - 65 mm。

该公司的工程师继续说道:“车间工人都喜欢使用新型CoroDrill钻头,因为它非常容易维护,也很容易在钻管上进行装卸。而且,加工时钻头的性能非常可靠,完全可以抵御钻管内由于切屑堵塞而引起的生产干扰。与该工序之前所用的钻头相比,新标准的CoroDrill钻头设计非常合理。当然,对我们而言,最为重要的是,当我们需要满负荷加工时,能通过更高的切削速度、更大的每转进给率以及生产灵活性实现高效率生产。”

随着高质量孔和复杂孔零件需求的增长,深孔加工面临着许多挑战。传统方式的孔的获得通常需要在额外的机床上通过下列加工方式来实现:扩孔、镗削、铰削、珩磨、抛光以及其他工序例如螺纹切削和切槽。

从今天的需求可以看到,人们需要采用新技术的不同加工方法,来满足零件的各种技术规格,以及保持很多行业对产量的高增长率的预期。机床和夹具的不断开发也促生了深孔加工中的新思路和新方法。加工中心和钻削中心机床正在执行越来越多的深孔加工,同时,也越来越倾向于以最少的装夹进行孔的精加工。

零件制造商与深孔加工解决方案提供商之间的知识共享比以往更加迫切,并已成为双方迈向成功至关重要的因素。 新的山特维克可乐满深孔钻削应用中心的成立不仅成为一条纽带,而且为此迈出了重要一步:专注于客户制造。为了实现预期,需要新技术支持的深孔加工新理念。

在深孔加工应用中心,山特维克可乐满将已经证明行之有效的解决方案和全新的解决方案完美组合在一起。基于当今知识共享的需求,该应用中心的主要功能是推广刀具和应用工程技术,以及实施刀具测试和试验等相关活动。

深孔加工的成功演变是建立在工艺和刀具的不断发展、切削刃槽形和材质、以及充分的冷却液供给和合理的切屑控制基础上的,通过最高的穿透率和加工安全性来获得最满意的加工结果。当零件需要深孔具有更多特征时,例如出色的孔光洁度、复杂内腔、变化孔径、复杂轮廓、开槽、螺纹和变化的中心线方向等等,相应的行业经验、研发资源、工程技术能力以及客户的参与度都将使结果大大不同。

山特维克可乐满拥有广泛的专家网络,他们将丰富的刀具编程、工程技术能力和应用中心最新组合在一起,主要提供深孔加工的开发和测试解决方案,客户可以由此了解感兴趣的零件设计和产量情况。此外,山特维克可乐满深孔加工应用中心的设施也向客户开放,客户可针对自己的零件进行加工测试。

山特维克可乐满的深孔加工中心建立起了一套可追踪刀具和加工方法的记录,该记录适用于在多个行业领域进行的高效的复杂孔的加工。 例如,长轴零件(约 2.5 m 长)的加工,可通过钻削和其他加工获得一个复杂孔系。一个90 mm直径的孔,通过先钻削后磨削获得紧密的公差和出色的表面质量。在1.5m的深度,扩孔和磨削得到115 mm 直径的孔。在孔中较浅的部位再进行扩孔、磨削和倒角成形。 在这里,可通过镗削和扩孔形成两个带倒角的内腔,也可通过磨削获得最终成品尺寸。

如按传统切削,该零件在机床上的加工时间要超过30个小时, 而山特维克可乐满深孔加工应用中心定制的深孔加工方案则把时间降低到7.5个小时。

除深孔钻削外,通过单管钻或双管钻系统,深孔加工应用中心的成熟技术还可使匹配刀具用于加工各种复杂的和有限制的孔。 深孔加工应用中心专门从事规划所需工序、设计最佳的刀具或刀具组合等工作,以实现最高的加工性能和安全性,然后验证其可行性,并在正式投产后提供技术支持。

最新的铣削技术发展 —— 为实现更好的机床利用率

我们应该积极关注最新的铣削刀具的发展,因为在进行新机床刀具投资的规划时也应将此考虑进去。 在船舶工业的很多零件加工中将铣削作为主要的切削方法,铣削技术的发展将为我们寻找改进的可能性和范围提供了宝贵的参考。

应用于平面加工的面铣削,范围从获得最大金属去除率的粗加工延伸至轻载、精密的镜面精加工。 机床功率和扭矩以及加工稳定性是面铣削时经常遇到的问题,与铣床的主轴或加工中心的性能有关。 切削作用和装夹是影响其他参数使用的决定性的因素,例如切削宽度的选择和可用的切削参数等。此外,刀具的多功能性也是一个至关重要的因素,因为往往一把刀具需要执行多项加工任务。

一款全新的45度面铣刀既可满足大型铣床的改善利用需求,又可满足小型铣床上混合生产的灵活性。 CoroMill 345是一款全新的、先进的面铣刀,用于中等到小切深应用场合。 独特、精确而安全地刀片定位方式,保证运用高进给能力,同时产生低切削力。CoroMill 345 提供四种可选的刀具齿距、一系列刀片槽形和材质,可最大限度优化材料、工况和工序,使其成为一种全能型刀具。刀具的性能影响着机床投资。

45度是面铣削加工的理想进入角度,因为有好的薄切屑效应和切削刃强度保证。但是,只要涉及到方肩铣削或轮廓铣削加工, 90度的铣刀则是必然选择。 如今的加工需求,使得方肩面铣削在铣削工序中占有最大的份额。

对于新的90度铣刀、方肩面铣刀和各种立铣刀来说,刀具技术发展的标准之一是刀片上的全新平行锻——位于刀具末端产生轴向表面的切削刃部分。 全新的CoroMill 490是一款方肩铣刀和面铣刀,主要用于一定切深、高进给和高速的工序,正从小直径向大直径铣刀扩展。通过独特的、全新的平行锻切削刃,可改善切削作用,提升轴向和径向方肩表面的质量。

CoroMill 490是高水平的新一代可转位刀片技术应用的代表,真正的修光刃(Wiper )槽形将表面接刀最小化。高精度与高强度的完美结合确保获得真正90度的方肩及有限功耗下最高的金属去除率。它集立铣、面铣和方肩铣性能为一身,值得考虑,特别是当您在为中等到轻型加工考虑机床投资时。

能够在各种不同刀具类型间快速、可靠而准确的变换(机床内或机床外刀具),往往是一个不可忽视的优势。 这样可以很大程度上优化性能,特别是在一些加工中心和铣床上,会经常用在小到中等尺寸的立铣刀。使用带可互换头式铣刀的概念已经推出很多年了,但是能有多少这样的刀具设计可以真正满足现代的加工需求呢?这不应该有任何妥协,对于大部分模块化刀具,其性能主要取决于刀头和柄部之间的接口质量。

可转位刀片立铣刀和整体硬质合金立铣刀都有其最佳的应用领域。刀片式立铣刀可在广泛的领域内提供高灵活性和高金属去除率。精制磨削的整体硬质合金立铣刀可应对精密刀具公差需求,长切削刃提供尤其适于大轴向切深时的高径向精度加工。 集多种刀具性能为一身是带可换头式刀具的主要优势,提供更高的加工灵活性、更好的刀具经济性以及特定工况下的高性能。

 

除了切

削刃的性能以外,将刀头和柄部相连接的接口质量至关重要。CoroMill 316 可互换头式铣刀具有独特的新接口,可确保很高的可靠性,允许进行全槽加工到精密加工,这主要得益于刀具的抗弯强度高、轴向刀具长度的可重复性以及微小的径向刀具跳动量(零点零几毫米)。

使用带新型可互换头式刀具可实现以下性能优化: 对于大部分的立铣加工,可采取快速机床内更换切削头的方式,而不会丢失原切削刃位置。 长接柄用于长刀具悬伸的工序;短的、高稳定性的接柄用于高功率的粗加工工序。最新的刀具槽形或材质可轻松应对各类加工需求。 新型可互换头式刀具几乎可适用于任何类型的立铣,加工性能优异,从而增加了机床刀具投资的选择范围。


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