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[ISO-S 质料加工行业专用刀具和战略(铣刀专业生产)]
宣布日期:[2015/4/23] 共阅[776]次


立异的工程技术推动了医疗、发电和航空航天等要害行业中零件生产的高速 生长。这些行业的精密零部件,要求工件质料能够提供高耐热性和耐磨性、极佳的刚度以及坚如磐石的质量和可靠性。这类质料的典范代表是 ISO-S 合金,也就是镍基、钴基和铁基高温合金 (HRSA) 以及钛合金。 这些质料的热硬度、强度、抗蠕变和耐腐化性很是好,使其广泛应用于要害应用领域中钻头 。

然而,这些合金的有益属性也带来了差别于古板钢铁加工的加工特性。ISO-S 质料的加工之所以具有挑战性,是因为合金的热通报较差,也称为导热性低。加工时爆发的热量(约 1100 至 1300 摄氏度)被刀具和工件吸收,而没有被切屑带走。因此,刀具寿命受到影响,并且会造成零件变形。别的,在加工时,这些合金还具有爆发应变硬化和沉淀硬化的趋势,增大了切削力并进一步缩短刀具寿命。最后,这些质料的粘性行为会爆发不受控制的积屑瘤 (BUE) 和沟槽磨损。这种粘性也被称为质料的延展性,这是一种常见于铝等软质质料的特性。

考虑到 ISO-S 质料加工的难度以及相关零件的本钱,制造商对加工革新的追求就主要集中在零件可铣刀 靠性和质量上,其次是缩短加工周期。最大限度地发挥这些高性能合金的优势需要接纳先进的刀具和加工应用战略。刀具制造商不绝地对这些刀具和加工技术进行优化,以便为特定行业的应用提供高效、可靠的解决计划。

医疗应用
为确保正常事情,并制止人体爆发排异反应,医疗植入物必须具有化学惰性并且能够完全耐受体液的腐化。由于ISO-S 质料具有精彩的生物相容性和耐腐化性,因此成为种种整形外科、牙科和其他医疗组件的绝佳基材。

医疗植入物的制造正在快速生长。工业兴旺地区的人口平均年龄不绝增长,人口的平均体重也是如此。这两个因素都会对膝枢纽和髋枢纽的磨损爆发直接影响,从而爆发了枢纽置换需求。牙科植入物也随着人们对美容和牙齿健康问题的日益重视而逐渐普及。

膝枢纽置换组件
膝枢纽置换物由两个基本组件组成。股骨组件模拟股骨末端的圆形髁状突起,连接至大腿骨(股骨)。在另一端,股骨组件扣在聚合物杯内,而聚合物杯装置在第二个基本组件中,即连接至小腿骨(胫骨)顶部的钛合金托架。

ISO-S 质料具有较差的热通报性,因此在大大都加事情业中都必须使用冷却液。然而,医疗监管机构对残留冷却液造成的污染有严格划定,并且要求进行严格且耗时的清洁流程。因此,刀具制造商正在开发医疗零件的“干式”加工要领,无需使用冷却液或乳化液。例如,山高开发的无需冷却液的解决计划,接纳专用 T 型槽刀具和成型立铣刀来加工 Ti6Al4V 钛合金胫骨托架。这种加工可在 10 分钟内完成,并且还实现了良好的刀具寿命、绝佳的产品质量和无污染的零件。

该 Jabro 刀具品种包括四种定制解决计划和两种标准解决计划,很是适合医疗零件制造商对胫骨托架组件进行加工。

为减轻 ISO-S 合金较差热通报性的影响,另一种解决计划是用铣削加工取代磨削加工。长时间的磨削加工所爆发的热量会在零件中爆发拉应力并使零件变形 ;一家制造商发明股骨膝枢纽组件在磨削后经常凌驾尺寸规格,导致废品率达 20% 至 30%。

为了解决这一问题,山高应用工程师开发出了五步加工法,用于在机床上对股骨组件进行加工。该工艺接纳球头立铣刀和带有中心锁定系统的夹具,使零件能够在加工历程中旋转。这种仿形铣削要领很是适合加工这种庞大零件,因为这些庞大的3D 零件经常用到刚性较低的夹具。整个加工的切削时间约为 7 分钟。加工完成后,仅需要进行抛光,并且该抛光历程所花费的时间要非标刀 少于磨削后再进行抛光所用的时间。

小型牙科零件
特殊的加工要领有助于克服 ISO-S 质料的加工挑战。高进给铣削战略(拜见附注)既可提高生产率,又能延长刀具寿命。在对钴铬合金钢制成的牙科组件进行粗加工时,接纳了山高 Jabro 立铣刀系列中的 3 mm 直径 JHF 180 刀具,其中事情台进给率为 4000 mm/min,轴向切削深度为 2 mm,径向切削深度为 0.2 mm,切削速度为 66 m/min。在钴铬合金钢加工中,刀具寿命为 175 分钟。

许多小型医疗和牙科组件都是在实验室和牙科诊所中的紧凑型高速机床上加工的。这些机床接纳的小型刀具必须能够蒙受在小型植入物和其他零件上进行仿形加工时快速变革的切屑负荷。为满足这种需求,山高开发了 Jabro Mini JM905 和 JM920 刀具。这些刀具提供 4 刃型号,直径从 0.1 mm 至 2.0 mm 不等,并接纳可达 16 x D 的长悬伸长度。尽管尺寸较小,但它们可以提供特殊小型零件生产所需的强度和稳定性,并且尺寸满足典范工件的要求。

发电
ISO-S 质料在全球发电行业中的应用也日益广泛。虽然目今的重点是生长风能、水能和太阳能等“绿色”能源,可是目前全球电力的 60% 以上都是通过燃料生产的。大部分发电都涉及燃气和蒸汽轮机的使用。不但于此,人们还在不绝努力地提高涡轮机的效率。例如,强度高但重量轻的钛合金部件能够在涡轮机的下部压缩段减少高转速下的向心力,因此可以实现更快的旋转速度。除了钛合金部件外,HRSA 零件也可在燃烧段中使用,以便应对提高发动机效率所需的更高温度。

更新的合金,更大的挑战
在追求效率和高性能的历程中,ISO-S 合金经历了不绝的生长。金属制造商开发出具有更高性能的合金,以满足日益严苛的应用需求。例如,镍基 Inconel 738 和钴基 SFX414 等现有的 HRSA 能够在 850 摄氏度到 1200 摄氏度的温度规模下事情。同时一些最新的 HRSA 产品,如 GTD 262 和 Rene 108 可在 1200 摄氏度到 1600 摄氏度的温度下事情。相应地,这些新合金也提出了更大的加工挑战。

最近,山高协助加工了发电涡轮机静态部件中使用的更高性能的新型合金质料。该质料具有更高的耐热性,因此加工难度也随之提高 ;仅可实现 18 m/min 的切削速度,而关于 Inconel 718 参考质料通?墒迪 25-35 m/min 的速度。

现有刀具仅在加工一个涡轮盘叶片(320 mm 切削长度)后就爆发了磨损,因此涡轮机制造商希望寻求更长的刀具寿命。山高基于 Jabro 780 刀具槽型开发了一款特制刀具,它接纳变芯厚设计,能够在严苛的切削条件下提高稳定性。使用该刀具时接纳了原来使用的参数:18 m/min 的切削速度、0.015 mm 的每刃进给量和 43 mm/min 的事情台进给率。新刀具加工了两个轮机段 (640 mm),刀具寿命延长了100%。随后,通过将切削速度降低至 16 m/min 并将每刃进给量增加到 0.017 mm,应用工程师能够将刀具寿命进一步延长到 800 mm(刀具寿命延长 150%)。

航空航天部件
由于 HRSA 坚持了高温强度并具有卓越的抗蠕变和耐腐化性,因此在现代航空航天发动机中,该合金的重量占 50% 之多。
ISO-S 质料在航空航天涡轮机中的应用类似于它在发电行业涡轮盘中的应用。然而,在许多情况下,航空航天应用的公差更紧密。例如,山高开发了专用于加工涡轮机叶片枞树形根部轮廓的刀具。在某些能源应用中,根部轮廓的公差在 10 微米的规模内,而在某些航空航天应用中,该轮廓公差则更紧密,介于 0 至 5 微米 (0 – 0.005) 之间。

结构钛合金
除了应用于涡轮机的低温段外,钛合金具有重量轻、强度大的特点,因此还可用于起落架等航空航天结构零件。起落架部件自己就很是大且坚固,在使用标准质料制造时,重量会更大。

用于制造更轻起落架的更新、更轻、强度更大的钛合金比之前使用的钛合金还要难以加工。一种最新开发的钛合金是钛 5553,由于其 5% 的铝含量、5% 的钼含量、5% 的钒含量以及 3% 的铬含量而得名。钛 5553 的优势在于具有 1160 MPa 的高抗拉强度,而 Ti6Al4V 参考质料仅为 910 MPa。更高的抗拉强度将切削速度限制到比加工 Ti6Al4V 时低 50% 的水平。

叠层合金
如果一种 ISO-S 质料就已崭露了加工难度,那么同时加工两种差别的质料则会带来更大的挑战。一些航空航天应用涉及到加工由差别质料的叠层组成的部件。该挑战是在提供富足切屑控制并且不爆发振动或毛刺的条件下加工“夹层”或“混淆”质料。

其中一个典范的例子是钛合金和不锈钢的组合。不锈钢和钛具有一些共性:强度相对较高并且具有粘性(切削质料易粘在立铣刀上)。

为了加工接纳钛 6Al4V/奥氏体不锈钢叠层质料的发动机支架,山高提供的解决计划是应用专为加工钛合金而设计的硬质合金 Jabro JHP 770 刀具。该刀具拥有差别的刃口间距、径向后角和特殊成型的排屑槽。内冷通道最大限度地降低了工件粘性并清除了切屑。在加工叠层质料时,刀具先通过不锈钢然后再通过钛合金。整个历程接纳了适用于更难加工质料(钛合金)的参数?悸堑礁煤辖鸬牡既刃越系,接纳了 50 m/min 的中等切削速度、0.036 mm/rev 的进给率以及 3 mm 的切削深度,以圆周插补铣进行递减。

HSS 备选
尽管硬质合金刀具在许多情况下彰显性能优势,但它并不是高效加工 ISO-S 质料的唯一要领。在某些情况下,高速钢刀具是一款越发经济高效的选择。

许多大型的航空航天部件(如起落架零件)都接纳钛合金或不锈钢实心坯加工而成。关于这些零件,直径高达 50 mm 的高性能 HSS 刀具能够切除大宗质料。HSS 刀具在低转速、高扭矩的机床上很是高效,能够有效地对钛合金和不锈钢进行粗加工甚至是精加工。该刀具能够接纳大切削直径和切削宽度,甚至在它的切削速度低于硬质合金刀具时,也可以提供具有竞争优势的金属切除率。

Jabro JCO710 HSS-Co 刀具是先进的 HSS 刀具的一个例子。该刀具的含钴量为 8%,硬度为 67 HRC,接纳了抛光排屑槽(旨在减少摩擦和积屑瘤)以及可变面轮廓槽型(能够进行轻快切削和降低可导致缺乏格外貌粗糙度值的颤振危害)。这些刀具用于加工大型钛合金零件时,可提供凌驾 800 分钟的刀具寿命。

结论
关于在要害应用中接纳的 ISO-S 质料,制造商的加工目标是实现一流的质量、可靠的一致性和生产率。随着金属制造商不绝开发出新的合金来满足日益严苛的高性能应用的需求,刀具制造商也创立出了能够克服 ISO-S 质料加工挑战的新刀具质料和战略,使制造商能够满足其加工目标。

附注
ISO-S 铣削战略
精心设计的刀具和切削战略组合有助于经济高效地加工 ISO-S 质料。

一种要领是高进给铣削。该要领将切削力从径向转为轴向,将较小的轴向切削深度与较大的事情台进给率相结合,能够爆发可将热量从切削刃带走的更薄切屑,同时还减小了切削力,从而最大限度地减少振动,使加工操作越发稳定、可靠。除了减少热量生成和延长刀具寿命外,高进给铣削还能提供精彩的金属切除率:比古板铣削快 200% - 300%。

高进给铣削可以接纳多种刀具完成。例如,在山高全面的 Jabro 立铣刀系列中,JHF180 刀具专为加工硬度在 48 - 62 HRC 规模内的更硬钢和铬钴合金而设计。该刀具接纳刚性 0.9 度锥颈设计,可减少刀具变形,能够进行深型腔铣削,并改善了外貌粗糙度。刀具槽型经过精心设计,可将切屑顺利排出。该刀具很是适合高进给铣削应用,包括面铣、槽铣、斜坡铣、螺旋插补铣以及等高线加工。

ISO-S 质料的其他铣削战略取决于具体加工、工件质料和现有的机床。古板要领涉及轴向和径向切削深度的 1-1 平衡以及平均进给率。高性能加工(使用山高 HPM 系列等特制刀具进行)利用大轴向切削深度和100%径向切削深度来实现大金属切除量。高速加工也是一种备选要领,在该要领中,刀具接纳相当低的径向切削深度和较大的轴向切削深度。该要领允许使用更高的切削速度来获得生产率。差别加工战略的高效实施取决于种种因素的组合,包括所用机床的能力以及能够处理大型程序和文件以实施加工工艺的 CNC 系统。

钛合金加工自己具有特殊的加工和刀具要求。使用中等切削速度有助于制止爆发过多热量,从而减少刀具和工件之间爆发化学反应。尽可能地使用冷却液。尖锐的切削刃有助于从工件上切下切屑,因此减小了切削力。别的,也可接纳高进给战略。 (中国刀具信息网)

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