與眾不同
如果要在現(xiàn)代加工中有效地應(yīng)用冷卻液并表現(xiàn)出與眾不同的效果,就需要更多地使用高壓噴射冷卻,其流量必須足夠大,射流方向也要正確。僅僅只采用一條冷卻液流或?qū)⒗鋮s液澆向加工區(qū)域做法已經(jīng)無法滿足需要。此外,合理運用高壓冷卻(HPC)與常規(guī)冷卻相比會在一下方面有顯著區(qū)別:
● 切屑形成;
● 切削熱的分布;
● 工件材料在切削刃上優(yōu)良的粘結(jié)性;
● 表面完整性;
● 刀具磨損;
通過不斷改進以下目標從而提升競爭力,這些基本的加工因素也相應(yīng)地影響著制造結(jié)果。
● 生產(chǎn)效率;
● 刀具壽命;
● 切屑控制和排屑;
● 零件加工質(zhì)量
HPC在一般的加工特別是在不銹鋼和低碳鋼的加工時效果不錯,不過對難加工材料例如鈦合金和耐熱超級合金的加工表現(xiàn)出了更驚人的結(jié)果。近期有關(guān)HPC的大量研發(fā)使其更易使用,也更為誘人。
Jetbreak 系統(tǒng)引領(lǐng)著創(chuàng)新概念
在上個世紀八十年代到九十年代,山特維克可樂滿開發(fā)了第一款高壓冷卻液系統(tǒng)Jetbreak。研究表明,對可加工性和切屑控制方面要求苛刻的難加工材料來說,高達100~1000巴的超高壓、方向精確的冷卻液射流已經(jīng)成為切削刀具的一部分。冷卻液射流迫使其進入切屑和切削刃之間并同時形成一個液壓楔,這樣就縮短了切屑和切削刃的接觸長度,從而降低了加工區(qū)域的溫度。另外一個有趣的效果是冷卻液噴射流會影響切屑的卷曲,從而改善了切屑控制,某些情況下還會導致斷屑。
通過應(yīng)用一些相應(yīng)的非標刀具,Jetbreak已成為可加工性差和/或斷屑困難材料的理想解決方案。冷卻液壓力的分布以及冷卻液噴嘴的尺寸會對加工結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。 通過變化不同的射流參數(shù),可獲得不同的卷屑效果,有可能把帶狀屑導至所需的方向甚至改善切屑的長度。Jetbreak已經(jīng)有了少量的實際應(yīng)用,以解決石油、航空航天和滾動軸承行業(yè)中遇到的問題。但是,Jetbreak需要配備專用的非標刀柄,主要在立式車床上使用。
標準的HPC系統(tǒng)
許多現(xiàn)代機床帶有標配或選配的壓力為70到100巴的冷卻系統(tǒng),這足以使用HPC系統(tǒng),可獲得杰出的性能和加工結(jié)果。這樣HPC也能更廣泛地用于加工中心、車削中心、立式車床和多任務(wù)機床。標準設(shè)備足以提供通向射流應(yīng)用區(qū)域的冷卻液通道。
高壓冷卻液加工的一個重要基礎(chǔ)是模塊化刀具,它不僅通過快速換刀在一定程度上確保機床停機損失最小,而且提供了將冷卻液從機床可靠有效地引向切削刃的通道。模塊式快換刀具系統(tǒng)可樂滿 Capto是Jetbreak和新型標準高壓冷卻刀具CoroTurn HP的開發(fā)基礎(chǔ)。本系統(tǒng)是理想的模塊式平臺,其設(shè)計采用了內(nèi)冷卻,也能適用于高壓冷卻??蓸窛M Capto已經(jīng)成為ISO標準,被許多刀具固定和/或刀具旋轉(zhuǎn)的數(shù)控機床所選用。
用于HPC的銑刀帶有內(nèi)冷通道,并可根據(jù)刀具類型和適用的應(yīng)用場合配備相應(yīng)的噴嘴。 冷卻液通道與機床或其它泵相連,以供應(yīng)約70巴壓力的冷卻液。目前這種冷卻液供應(yīng)已被廣泛應(yīng)用,雖然涉及到的壓力不是在類似Jetbreak這樣的特殊應(yīng)用場合中的超高壓,但是在其應(yīng)用的范圍內(nèi)足以在加工性能和結(jié)果上獲得明顯的改善。 這一概念充分利用了許多用戶加工車間已有的或?qū)⒁度氲哪芰唾Y源。
用于車削的HPC
CoroTurn HP是一種用于車削HPC應(yīng)用的新型標準可樂滿Capto刀具概念。它能夠產(chǎn)生平行的精確冷卻液噴射以在刀片和切屑之間產(chǎn)生液壓楔,影響切屑形成和流動并降低加工區(qū)域的溫度??拷邢魅邪惭b的噴嘴準確地噴射出高速冷卻液射流,迫使切屑離開刀片表面并使切屑冷卻和斷裂成更短的長度以利排屑。標準的噴嘴尺寸為1mm,也有0.6 mm到 1.2mm尺寸可供特定的優(yōu)化應(yīng)用。
已經(jīng)證明即使在冷卻液壓力低至10 巴時,使用HPC系統(tǒng)精加工包括鋼、不銹鋼、鋁以及鈦合金和耐熱超級合金等任可獲得相當?shù)囊嫣帯3擞筛玫那行伎刂茙淼母叩募庸ぐ踩灾?,HPC還能明顯延長刀具壽命并具有采用更高切削速度的潛力,通過使用HPC,通常能提高刀具壽命50%。
與其他任何因素相比,切削速度對切削溫度和刀具磨損的影響更大。加工鈦合金時,超出合理區(qū)域后的切削速度的增大會導致刀具壽命急劇縮短。但是在類似的情況下增加進給量,刀具壽命的縮短就沒有那么明顯。因此,通過改變進給量以改善金屬去除率成為更具吸引力的方案。但是,進給量的增加肯定會產(chǎn)生更大的切削力,可能還會影響切屑控制,因而使用高進給量并非總是一種萬全之策。
憑借可使用更高的切削速度但同時又不會出現(xiàn)常見的溫度升高和刀具壽命損失, HPC具有通過提高切削速度而提升加工性能的潛力。對于按照ISO S類的材料,能夠在保持相同切削長度的同時提高20%的切削速度。
內(nèi)圓車削也是HPC能夠發(fā)揮重要作用的一個領(lǐng)域,它有助于確保良好的切屑形成,在加工難加工材料例如鈦合金時還能改善材料的剪切性能。 這樣,在進行鏜削工序時可獲得更高的加工安全性以及更長的刀具壽命。當采用鏜桿加工相對大而深的孔,例如起落架零件時,采用前后端均帶模塊式接口的模塊式刀具概念是十分有利的。由于能夠<