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刀具管理(Tool-Management)的概念最早由美国在20世纪80年代提出,并于15年前首先应用于美国通用汽车公司的“土星项目”,但当时刀具管理涉及的刀具类型比较简单(非精密刀具),内容也仅局限于物流管理。通过不断完善和改进,如今刀具管理已发展为一个完整的管理模式,其应用范围也逐步拓展,一些企业在新项目开始阶段即应用刀具管理参与项目支持。20世纪90年代以来,刀具管理开始在德国等欧洲企业推行。目前已有越来越多的企业(尤其是汽车生产企业,如匈牙利的Opel工厂、德国大众波兰工厂、美国通用上海工厂等)采用了刀具管理模式。
在机械加工中,机床刀具的直接成本一般约占加工总成本的4%(如刀具寿命提高30%,则加工总成本可降低1%)。而刀具的间接成本(包括刀具的选择、检测、仓储、购买、修理、修磨、管理等产生的成本)约为刀具直接成本的4倍,因此减少刀具间接成本是降低刀具费用最具潜力、最有效的途径。企业引入刀具管理系统对使用的刀具进行优化管理,可节省刀具的仓储、采购、管理等费用,优化加工工艺,达到提高产品质量、降低生产成本的目的。
刃带的因素
众所周知, 在铣削铸铁时,后刀面的磨损会形成一定程度的振动阻尼。后刀面的磨损区域与已加工面摩擦,吸收振动能量,从而导致振幅衰减。从逻辑上讲,该效应也应该能够用于抑制其他类型的铣削振动。该项技术所面临的难点是如何合理地将专门设计的后刀面磨损带用作主后刀面。为了获得正确的阻尼效应,它在刀片上的位置、角度、宽度以及用在切削刃上的范围都需要相当精确,并且与刀片上的其他设计因素也应具有正确的关系。
如果这种技术应用得当,起缓冲作用的后刀面刃带可抑制刀具变形量的增加,从而控制切屑厚度与径向切削力。山特维克可乐满已获zhuanli的新型刀片设计的秘密在于,当刀片有偏离工件的趋势时,其刃带将在刀具开始向后弯曲的瞬间与工件上相应形成的已加工曲面接触——从而防止在加工期间刀具振幅的增加。这意味着该刀片有持续的稳定效应,该效应也是切削作用的一部分。专门设计的主后角刃带与工件之间偶尔短暂的接触非常轻柔,不会对刀具切削性能、磨损发展或毛刺形成产生任何影响,其结果是:径向切削力的变化相当小。
该技术成功的关键在于主后角刃带相对于刀片几何构型和刀具直径的尺寸和位置。然后,通过具有切削过程仿真的有限元分析来评估切削合力、切屑形成以及刀片中应力水平的分布。
直径的因素
对于数控套刀径向切削力的影响来说,小到中等直径刀具刚性不好,较易发生偏斜,而大直径刀具则比较稳定,它们对防振的要求也不一样。此外还发现,进给率不是影响径向切削力的主要因素,在刀具的不同的进给之间(通常每齿进给量为0.25mm和0 . 3 5 m m),径向切削力的大小只有些许的变化。对于典型的直径25m m 铝合金铣刀,其刀片上的刃带呈1°、0.1mm宽,并且与曲线形切削刃完全匹配。
铝合金是一种具有良好可加工性的材料,其材料单位切削力约为钢的三分之一,熔点为625度。这种低熔点意味着无论切削速度有多高,切削区的温度都不会超过625度。在出现过度磨损、对切削刃的强度没有影响之前,硬质合金刀片可以承受很高的温度。
更高的切削速度对功率的要求也会随之提高。事实上,铝合金高速加工时的一个常见问题是需要很大的机床功率,这往往会导致单位功耗下金属去除率偏低。因此,通常要求机床在高转速下仍能提供尽可能大的输出功率——在高速加工铝合金时,由于刀具的改进而使所需功率降低是非常有益的。
从刀具的观点来看,主切削力对功率需求具有决定性影响。降低单位材料去除量所需的功率对铝合金铣削应用有着很明显的正面影响,具体表现在每道工序的生产效率更高,并且机床加工能力也更强。前角除了决定切削是否轻快之外,也会影响到主切削力。新型刀片设计通过增大前角,同时与刀片几何构型的其余部分相互匹配,可尽可能地减少切削力,利用新型的CoroMill 790刀片设计大大降低了功率要求。