山特维克可乐满:赢得钢件车削优势——如何克服钢件车削为您带来的挑战

国际金属加工网 2021年10月29日

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如何克服钢件车削为您带来的挑战

提高产量与降低成本是制造商的两个主要目标,在加工最常见、最复杂的ISO P钢工件材料时将为制造商带来挑战。现在,制造商还面临包括颠覆性的工业4.0技术、绿色制造和经济压力在内的进一步挑战。

纵观这些不确定因素,车削工序是最常见的金属切削工艺之一,适用于从汽车航空航天机械工程的各种不同行业。本文不仅会对钢件车削进行全面的介绍,还将提供有关在实际生产过程中如何实现生产率、灵活性与可持续发展这三方面目标的谐调一致,同时保持更高产量和更低成本的指南。我们也想知道:这是否意味着车削领域的彻底革新?

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什么是车削?

简单地说,车削是使用单刃刀具加工出圆柱形和圆形的工序。

“车削”的定义是指在工件旋转的同时,刀具保持静止。

车削工序是最常见的金属切削工艺。这项工艺经过高度优化,需要充分考虑车削应用中的各种因素。

车削可以更具体地细分为多种基本应用 - 纵向车削、车端面和仿形切削。每种应用需要使用特定类型的刀具、切削参数和编程方法,从而以最高效的方式执行车削工序。

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挑战

COVID-19的影响和后果将在疫情过后的很长时间继续改变行业结构。

麦肯锡咨询公司将后疫情时代描述为“下一个常态”,即制造商将面临客户市场出现不可预测的持久变化,如果他们要选择一条在经济和社会方面都可行的发展道路,就必须保持灵活性。

在新常态时代,批量生产制造商可能面临两种情况:

低要求 - 要求刀具具有稳定可靠的性能,同时保证加工安全性,减少生产中断并实现无人式生产。

高要求 - 需要能够提高金属去除率、缩短生产周期以及在生产批次之间实现快换的工具解决方案。

无人式生产将被证明是至关重要的。普华永道会计师事务所 (PwC)在其发布的《数字化工厂2020》(Digital Factories 2020) 报告中建议“企业必须利用预测分析和机器学习制定更加明智的决策”。这份报告中接受调查的制造商中则有98%表示期望通过预见性维护来提高效率。

无论在哪种情况下,钢件制造盈利的关键都在于同时实现更高的金属去除率和更出色的机床利用率,同时不牺牲加工安全性。

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初始考虑因素

为了应对前一章中讨论的挑战,机加工车间应考虑哪几方面的主要因素?

最简单地说,优化的钢件车削取决于工件材料与刀片槽型和材质之间的相互作用。

我们来看看制造商在选择车削刀具及其应用方式时应考虑的一些首要因素。

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最后,我们必须知道:

生产范围的批量大小是单件还是批量生产?

零件

制造商的首要考虑因素应包括待加工的工件或零件。您应考虑以下几点:

尺寸和公差 - 检查零件长度、孔、台肩、拐角及其直径等。公差有多小?它们是否为刀具误差和调整误差留有余地?

表面质量要求 - 是否有总体表面质量要求或是涉及直径、端面或孔的非常具体的要求?

应用类型 - 查看纵向车削、车端面或仿形切削工序。

何种间隙范围可能会干扰所用的刀具或夹具?

外圆、内圆 - 很简单,要对工件进行外圆加工还是内圆加工?限制因素可能有哪些?

应用范围 - 我们将执行何种类型的车削应用?要执行的是大切深粗加工、小切深精加工还是介于二者之间的半精加工?

夹紧或夹具 - 在这里,查看零件尺寸标注的基准点以及如何确定其位置。此外,您还应考虑所需刀具的长径比。

编程路径 - 去除材料的最高效方式是什么?这将取决于所用的机床。

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根据山特维克可乐满的调查结果,更高的加工产量可将单个零件总成本降低15%。为了保持产量,继续缩短非切削时间以及提高机床利用率很可能是您能够实现最大成本节约的领域。

机床

根据所加工零件的类型,有多个机床选项可以考虑。有效的钢件车削依赖于实现机床的最佳利用 - 但这到底意味着什么?过去20年的宏观趋势表明,制造商的主要关注点是减少生产步骤的数量并缩短总制造时间。

这意味着可避免加工过程不安全、切屑控制不良或刀具断裂的意外停机。

为了使机床保持运行,首先,您必须选择一种能够加工多种钢材料的持久耐用、功能强大的刀片材质。其次,您应该采用适当的切削策略,以延长刀具寿命。

下面是其他两项考虑因素。

冷却液的使用

正确使用冷却液对最大限度地提高产量、延长刀具寿命和成功排屑起重要作用。

大多数现代车削刀具都采用贯穿刀具的内冷设计,其中许多刀具实际上同时提供高精度上方冷却液和下方冷却液。您可以在第8章中找到更多详细信息。

快换解决方案

使用快换解决方案能够缩短测量、装夹和换刀所花费的时间,从而大幅提高机床利用率。借助快换工具解决方案缩短批次更换时间,可使一道车削工序节省多达10分钟。

其他益处包括因更换磨损刀具而导致的机床停机时间缩短,因省略“首件试切”或“测量性切削”而使生产启动用时缩短。

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刀片

选择车削刀片时,有许多参数需要考虑。在这里,我们选出了3种主要参数:

刀片槽型、刀片材质以及刀片形状或刀尖角。其他重要参数包括刀片尺寸、刀尖半径以及主偏角或切入角。所有这些参数都有利于良好的切屑控制和加工性能。

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槽型

车削槽型可分为针对精加工、半精加工和粗加工工序经过优化的3种基本类型。应为所选的工序选择相应的槽型。

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材质

无论是ISO P、M、K、N、S还是H,都应首选适合零件材料的刀片材质。在下一章中,我们将介绍ISO P。还应根据加工方法的类型 (精加工、半精加工或粗加工) 选择合适的材质。

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形状

应针对刀具所需的主偏角可达性选择刀片形状。尽可能大的刀尖角已被证明能够确保刀片的强度和可靠性。但是,这应与需要执行的切削相互平衡。

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加工合金钢 (特别是复杂的ISO P材料) 时,在刀具的各种性能特性之间找到高生产率的平衡如同走钢丝。

为了实现这种平衡,需要了解金属切削的本质以及工件材料与切削工具之间的相互作用。

请点击下载完整的技术文档,了解在钢件车削领域,制造商如何才能发挥更大作用,而不只是选择适合的刀片材质。

考量整体统筹性的刀具作业理念同样重要,考量范围包括:

  • 谨慎选择刀具

  • 正确使用冷却液

  • 正确的车削技术和加工策略

  • 稳定装夹

这些因素相结合能够帮助您提高生产率并最终降低单个零件成本。这样,您才能够在钢件车削领域获得优势。

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