長懸伸切削刀具的創新減振技術
發布時間:2013-6-7
迄今,據(jù)我們所知,現代減振工具係統,起(qǐ)源於挪(nuó)威特隆(lóng)赫姆的一家製釘廠(chǎng)。該工廠從十九世紀開始從事製造業,一直生產(chǎn)釘子和相關產品(pǐn)多年,可是在1967年,開始研發和製造減振(zhèn)刀杆,卻為公司(即後來的Teeness)今後經營方(fāng)向發生重大變化播下了一顆種子。
一(yī)位年(nián)輕的工程師展示出(chū)了減振鏜(táng)杆的原樣模型(xíng),這是他大學畢業論文的成果。思(sī)路決定出路,Teeness富有創造力和想象力的工程師們清楚(chǔ)意識到振動問題的(de)嚴重(chóng)性(特別(bié)是內孔車削的振動),於是(shì)想方設(shè)法(fǎ)將(jiāng)自己的想法付諸實踐。
通過與山特維克可樂滿通力合作,然後接二(èr)連三的創新不斷,開發出了世界上獨一無二的Silent Tools減振刀具。
五十年前,由於加工(gōng)作業時(shí)刀具出現振(zhèn)動(dòng)顫抖(dǒu),導致加工性能無法到達最佳水平(píng)、零件質量出現問題、噪聲水平過高、刀具使用壽命太短,甚至還(hái)加工出(chū)廢品。在很多情況(kuàng)下,根本無法加工,因此具有很大的改進潛力——人們正期盼(pàn)選用和開發一種新型的加工手段。
六十年代,Teeness開始潛心研(yán)究幾十年,找出切削刃產生振(zhèn)動的(de)根源、性質和(hé)處理方法。已經充分證明,振動可看成是切削刀具的可變撓曲,如果無撓(náo)曲,也就無所謂(wèi)振動。刀具振動是由動態切削力引起的,隻要有動態切(qiē)削力,振動就會持續,即使在表麵看起來連(lián)續的切(qiē)削(xuē)中,切削(xuē)力也會發生快速微(wēi)小的變化。當時,消除加工振動的主要(yào)方式是增加裝刀的靜態剛度、降低作用在刀具上的(de)切削力、增加動態剛度。正(zhèng)是處於後者的考慮(lǜ),Teeness通過使(shǐ)用(yòng)被動(dòng)的動態減振器,形成了別(bié)具一格的新思路。
這種思路是基於刀具杆(本文係指鏜杆)內處於流體裏的彈簧懸掛重物的振動。設(shè)計了額外的(de)重(chóng)物在切削(xuē)頻力的刺激下自振,相對於切削過程中產生的不同於鏜刀杆的頻率振動,形成一種(zhǒng)中(zhōng)和效應:減振效應因此產生,加工(gōng)過程中的振動不能全部消(xiāo)除,但是可通過抑製刀具在可接受的極限範圍內而減至最(zuì)低。創造性(xìng)理念正是基於這種原理,在(zài)Teeness的工程師們的不斷探索創新的過程(chéng)中,製造出了滿足工作需要(yào)的鏜杆。但是,正是在研發成果轉化時遇到了嚴(yán)峻的挑戰——刀具是否適銷(xiāo)對路(lù)、應用領域和經(jīng)銷(xiāo)渠道都是未(wèi)知數。
Silent Tools 阻尼接杆(gǎn)
在幾年的研發成果轉化後(hòu),Teeness接觸到鄰國瑞典的(de)當時(shí)處於世界領先的切削刀具製造商,尋求是否有(yǒu)合作(zuò)的機會。山特維克可樂滿當時正在潛心研發大多數(shù)金屬切削的(de)可轉位刀片刀具,馬(mǎ)上看好Teeness (TNS)理念(niàn)的巨大潛力,同時指出了減振鏜杆的研發方向。1973年,可樂滿刀具程序采用了這種理念。經過一段時間以後,減振工具(jù)係統一路騰飛(fēi),深受人們的青睞,在全世界得(dé)到廣泛的應用(yòng)。
首批山特維克可樂滿TNS減振鏜杆共有三種直(zhí)徑規格:32 mm、40 mm和50 mm, 長度分別為 450mm、550 mm和700 mm —— 用於無故障加工,懸伸可達十倍直徑。這些鏜杆的刀(dāo)頭可互換,可快速調整,並且可(kě)使用不同(tóng)類型的刀架和可轉位(wèi)刀片。新型設計包括:一塊浸(jìn)入特種(zhǒng)油中(zhōng)由彈簧(huáng)懸掛的、質量為中等到重型的合金塊。特種油(yóu)從加工過產生的振動中吸收能量,並將能量轉換成被由吸收的熱量。合金塊的(de)慣量可通過鏜杆上的調整螺釘設定,從而設定振動頻(pín)率,改變彈簧懸架的張力,達到(dào)最佳的減振效果。鏜杆還設有內冷係統,有助於排屑。
我們(men)對內孔車削(xuē)也做了大量的改進,即使是第一款產品也是(shì)如此:金屬(shǔ)去除率翻番。當懸伸長度是直徑的八倍和采用較高的切削參(cān)數時,大大(dà)地提高了精加工的表麵粗糙(cāo)度,表麵(miàn)粗糙度為Ra 1.3,而傳統(tǒng)的實心鏜杆為Ra 8.8微米。
重載 鏜刀接杆570-4C
到1980年時,山特維(wéi)克可(kě)樂滿TNS推出了短式鏜杆,使用的懸伸長度為直徑的七倍。這種(zhǒng)鏜杆的優勢是不需要(yào)調整,便可達(dá)到優化的減(jiǎn)振效果。這種設計是一個深(shēn)度的創(chuàng)新,通過減振裝置的(de)設置,覆蓋了鏜杆懸伸(shēn)範圍內所有可能的(de)振動頻率。采用再創新技術,使得減振刀具(jù)的使用更加(jiā)簡單容易,同時可節省(shěng)裝刀時(shí)間。 接下來使用了山特維克可樂滿行業領先的刀具材料——硬(yìng)質合金不僅僅用作切削刃(rèn),同時還(hái)用作增加刀具靜(jìng)態剛度的鏜(táng)杆(gǎn)套筒(靜態(tài)剛度是鋼的2.5倍)。減振(zhèn)鏜杆的懸伸(shēn)可加長至直徑的十二倍。而且也意味著有大量旋轉刀具可以使(shǐ)用減振刀杆。把不可能變成可能(néng),一切皆有(yǒu)可能——使用硬質(zhì)合金(jīn)的高切削參數(shù)指(zhǐ)日可待。由於減振刀具破(pò)解了世界難(nán)題,所以被廣泛認可和接受。
阻尼鏜刀(dāo)杆
從八十年代開始,由於科技進步,多種製造行業遇到的零件都需要深孔(kǒng)加工,有時(shí)候這種加工還相當複雜。例如航空(kōng)工業、能源行業、模具行業就有大量加工難度大而要(yào)求特別(bié)嚴格(gé)的複雜孔(kǒng)洞或腔室。同時,通用工程行業、汽車(chē)製造業和(hé)機(jī)床製造行業也有很多製造商選擇減振(zhèn)刀具,解決其(qí)他刀具(jù)無法解決(jué)的問題。這種獨具特色的減振理念用於標準刀具已經有(yǒu)十多年的曆史,同時還用於訂製的刀具,適(shì)合各種特殊的機床、零件和加工。例如,加工圓柱形、錐形、彎曲和(hé)橢圓形鏜杆段。目的是最大限度地增加(jiā)深(shēn)孔(kǒng)加工的剛度,達到(dào)最佳(jiā)的減(jiǎn)振效果。當時,Teeness和山特維克可樂滿共同積累了更深刻(kè)的設計和應用減振刀具方麵(miàn)豐富的(de)專業知識(shí)和寶貴經驗。
九十年代,隨(suí)著油(yóu)氣行業快速發展,需要大量的深孔加工零件。平身車(chē)床獲得了重生,部分車床銷往石油國家。這些車床剛性更大,裝備更精良,能加工石油勘探件(jiàn)的(de)深孔。我們研(yán)製了多種專用減振鏜杆(580型),直徑(jìng)範圍80~300 mm,最適合(hé)鏜(táng)杆長度是十倍孔徑的粗加工和精加(jiā)工,特(tè)殊場合可達到十五倍孔徑。這些鏜杆需要通過徑(jìng)向調整螺釘用手動精調,並且裝有可(kě)互換的刀頭。還可采用直徑最大、重量(liàng)大約三噸(dūn)的硬質合金增強型鏜杆。這(zhè)些鏜杆為多種惡劣加工作業提供了解決方案,同時還縮短了石油設備零件的交貨時間。
對於斜身CNC車床(chuáng),我們開發了(le)預調式減振鏜杆(570型)的標準程序,直徑範圍16~100 mm。這些鏜杆裝有小巧輕質的切削單(dān)元,更換方便,通過鋸齒型聯軸節,安裝十(shí)分牢(láo)固。短杆和長杆都有,分別可達7~10倍直徑。采用這些鏜杆的解決方案特別高效、使用非常方便,可適合(hé)多種不同的內孔車(chē)削加(jiā)工(gōng),同時還專門用於不同行業的多種不同應用。這些鏜(táng)杆是當今減(jiǎn)振刀具減(jiǎn)振程序(xù)的先行者,刀杆包括傳統的圓柱式接柄、或Coromant Capto接口、刀杆前端CoroTurn SL和QC用於刀頭的快速更換,用於內孔(kǒng)車(chē)削、開槽和螺紋加工。為了實現更好的加(jiā)工經濟性,車床的刀具快換功能越來越被視為一種重要途徑,並且減振鏜杆已經成為(wéi)刀具大家庭的重要一員。
振動(dòng)是銑削和鏜削所使用(yòng)的旋轉刀具所需要解決的問題。現在,由 Sandvik Teeness開發(fā)的Silent Tools減振刀具已經有了適(shì)合需要長刀具懸伸加(jiā)工(gōng)領域的解決方案。 我們已經為這些與單點車削有較多不(bú)同的方法的特殊要(yào)求,專門開發(fā)了一係列的不同長度的接柄以及可換頭刀具。在該解決方案中,銑削刀具或鏜削刀具可以采用更高的切削參數,提供了更好的(de)加工結果以(yǐ)及更長和(hé)更安全的刀具壽(shòu)命。包括了Silent Tools減(jiǎn)振接杆在內的刀具組件(jiàn)是解決方案的一部分(fèn)。目前已經開(kāi)發出來了減振係統,它可以直接(jiē)植入到某些長柄銑刀中,例如立銑刀。在(zài)某些(xiē)工業部門例如模(mó)具製造業的應(yīng)用中,要求立銑刀能深入到很深的地方。
在多任務機(jī)床和銑車機床中,有多(duō)種(zhǒng)不同型號和懸伸的減振刀具也正在變得越來越重要。從七十(shí)年代開始,為了解決各(gè)種不同(tóng)行業的複雜應(yīng)用,作為標準刀具或先進的訂製鏜杆的減振刀具的開發一直在不斷發展中,也包括了機床製造商的解決(jué)方案。時至今日,減振單元已(yǐ)經可以與鋸齒型鎖定( Serration Locking)的(de)刀板組合使用,這是特別為航空工業和能源工業開發的,它可以切削更深而複雜的溝槽,而且常常是(shì)用於難以加工的材料上。
現(xiàn)在,Silent Tools減振刀具產品範圍(wéi)包括最大直徑到250 mm的標準刀具。最大鏜杆的直徑為450 mm,具有10倍直徑的懸伸(shēn),重量達7噸。加工中心(xīn)上使(shǐ)用的(de)CoroBore係列(liè)中,減振刀具在旋轉刀具應用中用得(dé)越(yuè)來越(yuè)多。在車削中心上,減振刀具的快換裝(zhuāng)置也越來越多地(dì)被應用,例如當使用可樂滿Capto C10連口時,快換裝置就具有很大(dà)的優勢(shì)。此時,鏜杆不容(róng)易卸下,當鏜(táng)杆(gǎn)在轉塔(tǎ)上的情況下,就難於執行其它工序。不是(shì)每次都(dōu)要安裝上大的(de)鏜杆,而是使用快換裝置即可通過更換(huàn)切削頭輕鬆(sōng)完成。每次安裝大的鏜(táng)杆需平均費時(shí)40分鍾,而使用快換裝置(zhì),隻需要(yào)5分鍾。也可以安(ān)裝自(zì)動換刀裝置,例如,使(shǐ)用機械手(它也更換(huàn)零件)更換一個有14倍直徑懸(xuán)伸的100 mm Silent Tool 減振鏜(táng)杆。
最近(jìn),我們與大型銑-車(chē)機(jī)床的製造商一起推出了用於大直徑減振鏜杆(gǎn)的最先進的解決方案。所牽涉的工序是長的鈦合金零件的內孔車削。鏜杆是訂製的,它(tā)能達(dá)到13倍176 mm的(de)直徑的深處,非支撐部分長度達到2300 mm。此外,還必(bì)須有在鏜杆(gǎn)前麵裝有自動換刀裝置。為了保證操(cāo)作安全性,需要使切(qiē)屑的易於排出,因此,鏜杆還裝配了提供超高壓冷卻液 (350 bars)的噴(pēn)嘴,以確保將冷(lěng)卻液噴射到切削刃處,以利(lì)於切屑輕鬆排出。
Silent Tools減(jiǎn)振刀具是目前減振刀具中全球領先的品牌。自2008年以來,位於挪威的Sandvik Teeness從最初產生要開發減振刀具的想法到今天的領先位置,走過了漫長(zhǎng)之路。如今,它成為(wéi)山特維克(kè)可樂滿減振加(jiā)工(gōng)的全(quán)球能力中心,主要從(cóng)事研究、概念開發、訂製和標準刀具的設計以(yǐ)及應用支持。
如今,創新的、已獲專利的(de)減振係統被(bèi)全球公認為是最先(xiān)進的技術。盡管與最初(chū)的概(gài)念相比已有很大的不同和發展,但是,刀具減振仍(réng)然可以說是基於重質量,由專門設計的在特殊液體中的橡膠彈簧支撐的原理。這(zhè)是對動態振動本(běn)質(zhì)的研發以及數十年解決(jué)刀具可達深度(dù)的實踐應用的結果 —— 這一點使得山特維克可樂滿的Silent Tools減振刀具(jù)從最初解決振動問題的工具到現在的(de)成(chéng)為提高生產效率的一種強大(dà)手段。
關(guān)於減振刀具的更多應用信(xìn)息,請訪問:http://www.sandvik.coromant.com/zh-cn/products/silent_tools/Pages/default.aspx