从 Rene 41、718 不锈钢和 625 Inconel 到钛和碳纤维,航空航天和国防工业部门以及太空探索中使用的材料继续面临着重大的刀具夹持挑战。

放大这些挑战的是具有深腔的复杂工件几何形状、需要长刀具悬伸的特征以及需要小直径刀具的工作。刀具夹持与运行它的机器一样重要,低于标准的刀具会使机器无法充分发挥其潜力。由于这些原因,车间转向高质量、精确的刀具夹持。

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由于这些材料中的许多材料在切削刀具上都很坚硬,因此车间不断努力争取尽可能长的刀具寿命。对于一家车间来说,简单地切换到高精度机械式刀具夹持系统,其刀具寿命从每把刀具加工 100 个钢零件提高到 700 个。

刀柄减少 TIR

在刀柄方面,延长刀具寿命的一个关键是提供超低总指示跳动 (TIR) 的刀柄。目标是尽可能接近零 TIR。该公司表示,TIR 每减少 0.0001",刀具寿命可增加 50% 以上。

另一个需要减少刀具 TIR 的例子是长刀具悬伸,以达到不提供太多间隙的零件中的复杂零件特征。航空航天、国防和太空探索领域的商店通常在 CAT 40 机床主轴上运行小至 0.128" 直径的刀具,刀具从主轴鼻端伸出 8"。要在此类悬垂应用中实现 0.0002" 及以下的 TIR,几乎完全取决于刀柄的精度。

涉及 5 轴加工的零件特性和特征(例如通常与 3D 金属打印零件相关的零件)增加了刀具跳动和破损的风险。在航空航天、国防和太空探索领域,由 718 Inconel 和钛等材料制成的 3D 金属打印部件司空见惯,其中一些部件的生产时间长达 40 小时。车间有一次正确加工它们的机会,并且必须使用不仅提供低 TIR,而且提供必要的强度和稳定性的刀柄。

刀具制造难题

除了具有挑战性的零件外,用于加工镍基和其他耐热合金的实心陶瓷刀具给航空航天、国防和航天领域的商店带来了两难选择。某些类型的刀柄。例如,使用加热或液压夹紧的刀柄将面临使用陶瓷刀具加工过程中产生的高于正常水平的热量的风险。然而,基于机械的系统不受极端高温的影响。

除了金属工件的挑战之外,那些由碳纤维复合材料制成的工件还会导致刀具寿命和刀具夹持问题。商店必须使用专为这些材料设计的工具,这些材料具有极强的磨蚀性。在切割时,这些工具同时向下和向上挤压零件材料,以防止分层。

在握持这些刀具时,保持低 TIR 再次对于实现零件质量和尽可能长的刀具寿命至关重要,但刀具拔出也是一个主要问题,尤其是当车间希望以最大转速运行刀具时。为了解决这个问题,刀柄需要巨大的抓握强度以及某种类型的锁定工具保持机制。

基于CO 2的冷却

由于车间在加工碳纤维复合材料时无法使用传统冷却液,因此许多车间采用了基于CO 2的冷却系统。这些系统不仅使用超临界 CO 2来冷却,而且还用于润滑和排出切屑。并非所有刀柄都适合输送CO 2冷却剂,对于某些刀柄,刀具更换也可能非常耗时。结合最新的刀具技术和合适的刀柄,CO 2冷却系统可以将生产率提高 70%。

与热装刀具夹持系统相比,基于机械的系统可提供最佳的 CO 2输送和最快、最简单的刀具更换。对于热收缩,用于将 CO 2输送到切割器的精致红宝石喷嘴需要在加热刀柄以更换工具之前移除——这项任务可能需要数小时。

相反,一些机械刀具夹持系统包含专门用于贯穿刀具或外部 CO 2冷却的改进型夹头,这对刀具更换时间没有影响。CO 2冷却液也可以通过带有 150µm 槽的改进型刀夹夹头供应,这些刀槽将冷却液引导到刀柄周围和复合刀具的外侧。

在对碳纤维复合材料进行仿形和钻孔时,CO 2冷却提供了特别有益的性能。这些好处包括切削刀具尖端的显着冷却,从而减少磨损并延长刀具寿命。然而,最重要的是,该工具可以更好地切割碳纤维层,并且锯齿状边缘更少(如果有的话)。

对于钻孔,用于 CO 2 的孔比使用溢流冷却剂的大通孔小得多,在 150 到 300 µm 范围内。这些小孔不仅可以冷却钻头,还可以冷却材料,因此钻头可以干净地进出。内部和外部类型的 CO 2刀柄确保钻头切穿最后一层,而不是冲穿它并留下参差不齐的边缘。

高刀具使用率是车间可能没有使用正确刀具夹持的第一个迹象。无论工件材料或几何形状如何,对于一个零件运行相同刀具的许多实例的车间都需要更好的刀架,尤其是高精度的刀架,可以快速轻松地更换刀具,提供极高的夹持力,最重要的是,提供接近零的 TIR。

powRgrip 实现接近零的 TIR 刀具夹持

不平衡、制造不良的刀架会产生从刀架到切削刀尖呈指数增加的振动。因此,刀具越长,跳动水平越高。虽然不可能完全消除 TIR 和振动,但 REGO-FIX powRgrip 刀柄系统将两者降低到接近零的水平。

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powRgrip 系统由三个基本组件组成 - 支架、夹头和压配合组件安装单元。在手动或自动配置中,液压压配装配单元可使用高达 9 吨的力将夹头快速压入夹具中。夹头具有高精度锥度,与刀柄中同样高精度的内锥度相匹配,所有这些都创造了系统极高的可传递扭矩水平。

与使用热量或液压的其他夹持系统不同,powRgrip 系统利用夹持器材料的机械特性来产生巨大的夹持力。这种锥形到锥形夹头夹持系统具有极高的精度,整体而言,它们的 TIR 通常小于 3µm,可确保精确的成品零件。这种精度通过使用高速切削 (HSC) 或高性能切削 (HPC) 策略优化了复杂、关键的航空航天和国防工业部件的加工。TIR 越低,刀具振动越小,振动越小,切削刀具的使用寿命就越长,从而降低整体刀具成本。

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