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钛材加工的制胜法宝
发布时间:2015-09-25       关键字:钛材加工,制胜法宝             来源:金属加工在线

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  对于许多加工车间而言,加工高强度的高温合金工件就如爬坡一般艰难。为了解决这个问题,机床制造商将铣床和车床的刚性提高,改善主轴的减震性能和机床构架的尺寸,并提高了马达的性能;这些措施是为了能够提供所需的大切削力,同时减少有害的机床振动,以避免降低工件的加工质量和缩短刀具的使用寿命。
  
  在钛材料加工中,为了使刀具系统达到最优化,获得最大的金属切除率,需要特别关注提供切削力输出的机床性能,切削刀具的切削刃与工件接触部位的特性,以及机床与刀具的联接部位-主轴联接装置。
  
  2012年4月,机床制造商MitsuiSeiki公司(新泽西州卑尔根)与刀具及刀柄产品供应商肯纳金属(宾西法尼亚州拉特罗布)一同合作,对钛材料(Ti-6Al-4V)工件进行了加工测试;测试使用机床为Mitsui-SeikiHPX63CNC卧式加工中心,测试中使用了四只肯纳金属刀具产品,每只刀具都采用了KM4X100主轴联接装置。
  
  机床
  
  HPX63的主要设计标准包括一项大型切削容量,最大加工直径为1050毫米,工件高度(Y轴)最大可为1050毫米。X轴行程为1000毫米,Z轴行程为900毫米,托盘尺寸为630毫米。B轴转台转速可达12rpm,具有高扭矩,加速快的性能。移动速度快,可达32米/分钟,加速度/减速度为0.5G,切削进给率为12米/分钟。
  
  该机床专为精密加工而设计,采用的冶金工艺使铸件具有最大的刚性,主轴箱轴向滑轨经过淬火、磨削、手工刮磨处理。定位精度和重复定位精度为0.001毫米。三井机床的主轴装置可对温度变化进行自动补偿。这家公司提供多种主轴选择方案,以满足用户选择直接传动和齿轮传动的需要,以及对不同扭矩和转速的需要。
  
  总而言之,HPX-63机床具有良好的坚固性、刚性、和精确性,非常适合对钛、铬镍铁合金、工具钢、不锈钢、以及铝材料的加工,适用于航空航天行业、能源行业、压缩机、模具、夹具及工装设备、汽车原型零件制造、以及通用高精度加工。
  
  为了使刀具系统达到最优化,要求主轴联接装置能够最大化地传递机床功率。市场上多数刀具产品为整体式刀具,主轴夹紧力相对较低。联接装置的刚性非常有限,并且径向配合需要保持在最小规定值。为了获得稳定的端面接触性能,需要非常紧密的公差等级,因此加工成本大幅上升。
  
  主轴联接装置
  
  肯纳金属公司生产的KM4XTM是新一代的KM主轴联接装置。有的联接装置尽管可以传递大功率扭矩,但在达到最大扭矩之前,切削力产生的弯矩可能已经超过联接装置能够承受的极限。KM4XTM装置的三面接触设计提高了稳定性,优化了夹紧力的分布和过盈配合。因此,该装置的抗弯矩性能是其它刀柄系统的三倍。
  
  在测试切削加工中,HPX63配备了大扭矩高功率的主轴装置;最大功率为26/22kW,最大扭矩为1082Nm。KM4X100主轴联接装置可形成85kNm的夹紧力,是HSK100装置的2倍多,是BT50装置的3倍(这两个装置的夹紧力分别是40kNm和25kNm)。
  
  切削刀具
  
  测试中使用了四只不同的切削刀具,分别是
  
  (1)一只203.2毫米直径的端面铣刀,带有7个方形可转位刀片;
  
  (2)一只相同直径的端面铣刀,带有7个圆刀片;
  
  (3)一只76.21毫米直径,228.6毫米长度的玉米铣刀(HARVIUltraTM),带有5个螺旋排,每个螺旋排上有11个刀片,以及
  
  (4)一个125毫米直径的平底可转位钻(FBI),带有6个可转位刀片。
  
  因为机床和主轴具有充足的功率输出,并且主轴联接装置具有卓越的夹紧力,测试加工结果非常出色。方形刀片端面铣刀的金属切除率达到了88.74立方厘米/分钟,主轴速度为64min-1,切削深度为12毫米,切削宽度为45毫米,进给率为164.3毫米/分钟。
  
  在主轴速度为73min-1,切削宽度为177.8毫米,切削深度为3毫米,进给率为88.9毫米/分钟的条件下,圆形刀片端面铣刀的金属切除率为47.42立方厘米/分钟。
  
  HARVIUltraTM玉米铣刀可同时进行X轴和Y轴方向的切削,在主轴速度为171min-1,进给率为101.6毫米/分钟,切削深度为40毫米,切削宽度为76.21毫米条件下的最大金属切除率可达309立方厘米/分钟。
  
  FBI钻在钛材料工件上钻了一个平底孔,在主轴速度为102min-1,进给率为10.2毫米/分钟,孔径为125毫米条件下,金属切除率为125.2立方厘米/分钟。在钻完第一个孔后,将工件在主轴上旋转一个45度角,又钻出一个斜钻孔,斜钻孔穿过第一个孔的钻孔边缘处。尽管加工过程为严重断续切削,机床和钻头都表现出良好的性能。
  
  性能最优化
  
  与常规型或通用型机床相比,HPX63在加工钛合金工件的金属切除率可提高1.5-2倍。KM4X主轴联接装置具有足够的夹紧力并采用过盈配合方式,加工时可采用更高的转速,扭矩输出最大化。机床的加工效率和刀具的切削性能都得到显着的提升。
  
  此外,KM4X100主轴联接装置的性能可以达到HSK125的性能水平;不仅如此,还可避免使用超长主轴,大型换刀臂,大型刀具库,以及其它会增加机床占地面积装置的因素。使用正确的刀具和主轴联接装置可以减少机床的尺寸,并在钛材料和其它难切削合金材料加工中显着提高加工效率。主轴联接装置可以确保刀具的性能达到最大化,可以充分发挥切削刃、铣刀、钻头、和车刀的性能,提高加工效率。

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