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山特维克可乐满新技术大幅提升螺纹旋风铣性能
来源: 作者:山特维克可乐满 Christer Richt 浏览次数:0
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难加工材料的细长螺钉日益增长的需求给涉及螺纹加工的制造工艺带来了新的挑战。对医疗行业内的供应商来说更是如此,诸如接骨螺钉一类的产品需求量都在不断增长。此外,其他小零件和各种传动螺钉也呈现出这种增长趋势。

  因此,为了保持市场份额或成长为一家成功的供应商,竞争力就变得愈发重要。通过新切削刀具技术进行持续改进对确保更大的产出和更高的成本效益而言至关重要。

螺纹旋风铣工艺
  螺纹旋风铣工艺的特点是环形多刃刀具围绕圆柱形工件进行旋风铣,工件旋转速度较低。用于此工艺的机床需要具备一定的基本工艺要求,例如主轴带C 轴。通过铣削工艺切削螺纹时,使刀具环相对于工件旋转轴偏离中心,这样就会导致刀具只能沿着其内径(ID)部分吃刀。刀具以相当高的速度旋转,从而在切削刃上产生合适的表面速度。刀具环和工件协调运动即可获得理想的工艺参数。
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图1 利用现代切削刀具技术对螺纹旋风铣工艺进行升级后,其性能往往会显著提高。
例如,制造小公差的接骨螺钉在产出方面可提高几倍

  材料去除率由表面速度和刀具环的进给率所决定。环旋转可根据工件直径和适合于刀片的表面速度进行设置。像以往在金属切削中一样,进给率决定切屑厚度和表面光洁度——切屑越大,循环时间就越快,而表面光洁度则更粗糙。
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螺纹旋风铣时,切削刃有利的切向路径和工艺的高刚性是获得理想表面光洁度的保证。切削过程中所形成的毛刺极少。刀具以径向弧的形式进入和退出切口,通常只需一次走刀即可完成加工。

  螺纹所需的螺旋角由刀具相对于工件的倾斜度所决定。螺纹齿型由刀片形状所决定,切削深度则是牙底与外径的差值。配备可转位刀片的现代旋风铣刀具适合许多螺纹加工工艺。
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先进的方法
  加工螺纹的方法有多种,但最常见的方法是螺纹车削和螺纹旋风铣。旋风铣已被认为是生产大长径比零件的最佳选择——特别是在大批量生产、材料加工要求苛刻、螺纹牙形深以及螺旋相对较大时就更为如此。这种加工方法早已有之,至今已经历半个世纪之久,但并未作为螺纹车削方法而得到广泛采用。一方面是因为没有需求,另一方面是一直被视为更为复杂的加工方法,应用于特种加工。然而现在,涉及合适工件的需求不断增长,而螺纹旋风铣也变得更易于应用。而且更有意思的是,时下就有新的手段来优化加工性能。
  单点螺纹车削是一种更简单明了的加工方法,适合于所有类型的车床,因此得到了更广泛的应用。在螺纹牙形、直径、长度和应用差异很大的情况下,其高效、可靠性和良好的加工结果使螺纹车削往往成为首选的标准方法。但是,这种方法也有其局限性,因此在螺纹车削并非最佳工序的许多应用场合,越来越倾向于采用螺纹旋风铣。
  加工数量日益增多的螺钉零件(如医疗行业)时,如同在螺纹旋风铣中一样,采用多刃刀具有多方面的优势。旋风铣属于多刃切向加工,这样一来,就要求切削刃坚固安全,能够承受中等的机械和热负荷。切屑较短是另一项优势(在较长的螺纹车削走刀中,这往往是个问题),因为同螺纹车削需要多次走刀相比,旋风铣仅需一次走刀即可。通过使刀具靠近机床主轴上支撑工件的位置,就能在螺纹旋风铣时确保长工件的稳定性。现在,通过正确选择加工参数,就可以更容易地设定螺纹旋风铣,在加工要求苛刻的材料时极为可靠和高效,并且能获得理想的结果。
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图2 刀具材料在航空航天业所取得的发展为改进用于螺纹旋风铣的切削刃打下了坚实的基础。专用的涂层硬质合金材质(如GC1105)已被证明非常适合于螺纹旋风铣,不仅可获得更长和可预测的刀具寿命,而且允许应用更高的切削参数。实践证明,此类材质能够在保持高质量水平的前提下大幅提高零件产出。

这种相对较新的材质包含独特的薄PVD/TiAlN 涂层,具有极佳的刀片基体粘结性,对所需的锋利切削刃更是如此。它专为保证切削刃刃线的高韧性而研发,能够将正常的后刀面磨损维持在合理水平(磨损均匀),尤其是加工钛合金、超级合金和高合金不锈钢时,其性能更为出色。该刀片具有细晶粒基体,在高温环境下硬度很高,由此使其具有可靠的抗切削刃塑性变形性。

优化技术
  医疗应用中的螺钉设计不适宜于单点车削。螺纹牙形、牙底与外径之差较大以及大螺旋角对螺纹车削而言都是令人头疼的问题。并且,还不可避免地涉及到材料类型(通常为钛合金、超级合金或高级不锈钢)、大批量生产以及可替代的加工方法。在所提及的制造领域,螺纹旋风铣可以说解决了螺纹车削时所遇到的许多问题。
  初显成效的解决方案是专门开发的细晶粒硬质合金应用,在航空航天业中,非常适合于加工高温合金和钛合金。更高的切削参数、更长且更加可预测的刀具寿命印证了该解决方案能够显著提高产出性能。通过对刀具环和刀片技术进行综合改进,即可在精度和表面光洁度方面提供更高的一致性。
  更高的可转位刀片精度、良好的可用性及交货快捷是其他必要的关键因素。在大多数加工领域,这都是理所当然的事情。在某些情况下,标准刀片随时可供将使客户受益匪浅,不仅安全性高,而且库存水平低。现在,客户还能在更短的交货时间内获得用于螺纹旋风铣的专用刀片。由于目前针对此领域推出了最佳的硬质合金材质,因此专门开发的锋利切削刃经过磨削后就可以用于螺纹旋风铣。这样一来,就能够在更高的切削参数下进行长时间的连续切削。
  精磨刀片成批供货可确保最佳的精度。除了提高零件精度之外,还可通过使切削刃以绝对最小的径向偏差固定到位而以此优化刀具寿命——在精铣工序中业已证明是一项成功因素。

结论
  提升螺纹旋风铣的性能水平现在很大程度上就是所应用刀具的选型问题。尽管这种业已成熟的工艺表现良好,但满足更高的竞争力要求还需要新技术。已经被验证的航空航天业的先进刀具材料解决方案与螺纹旋风铣的新刀具环的组合为旋风铣加工带来巨大的优势。
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