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高速齿轮切削的新视野

日期: 2016-11-08
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 想要制造出耐用、低噪声的高效齿轮,如传动应用中的齿轮,这要求制造商不仅具备极高的质量要求体系,而且必须相应具备极高的生产水平。这符合工业市场竞争的游戏规则——除了最短的生产时间,还要具备较低的生产成本。一项针对生产工艺成本分析和成本节省空间的基本调查中显示了以下几个特点:


       平均约8%的总体制造成本来自刀具,包括其涂层。即使是最优惠的采购条件在此也只能带来微不足道的节约。


       冷却成本约占12%,具体取决于所选择的切削工艺。干式加工在此具备优势,因此,经常用于齿轮切削,但并非适用于所有应用。


       机器的准备成本占比约24%,这可以通过延长刀具使用寿命来降低,借此也缩短了配置时间。


       至少26%的制造成本是由于其它无法调整的因素造成的。


       约30%左右为实际加工成本,占比最大。通过提高切削速度,能最有效地降低这部分成本。

 

高速齿轮切削的新视野

保护涂层的应用

 

       现代耐磨涂层对于成本节省有着日益重要的作用。它们被广泛应用于干式加工,并还在持续改进。耐磨涂层能延长刀具使用寿命,从而降低机床的准备成本。但最重要的是,它们在切削应用中直接展示了自身的优势,即实现切削速度的显著提升。“今天,世界范围内有超过60%的滚刀是采用我们的AlCrN涂层BALINIT ALCRONA PRO,它们首先应用于汽车行业。”Oerlikon Balzers(欧瑞康• 巴尔查斯)切削刀具市场与产品管理负责人Wolfgang Kalss博士表示。


       经过这些涂层处理后,切削速度得以上升,而成本还能降下来。数据显示:如果齿轮切削速度可以从200m/min提高到300m/min,每个齿轮的加工时间(初加工和二次加工)就将从0.56min下降到0.42min。根据机器工时费用率计算,这意味着加工成本下降约25%。如果计算齿轮的整体生产成本,这代表成本降低约10%。因此,在新基材或涂层上的投资是物有所值的。


  使更高的切削速度成为可能

 

       为了更好地利用这一原则以便让制造商实现更高的切削速度,涂层性能需要在不断提升效率的同时基于具体应用来量身定制。Oerlikon Balzers又朝这一方向迈出了一大步,并取得了进一步的进展。2015 年推出的BALINIT ALTENSA涂层,是非常成功的AlCrN系列中最新的产品,具有极其优秀的耐磨性和红硬性。考虑到市场对切削速度不断提升的需求,高温下的涂层的性能尤其需要达到最佳化。“我们实质上进一步降低了涂层的热传导率,并提升了涂层20%左右的红硬性,”Kalss博士解释道。它专门针对在高温下容易产生的月牙洼磨损并降低刀具使用寿命的情况。在采用硬质合金刀片进行锥齿轮加工时,即使在干式加工条件下,BALINIT ALTENSA 也能实现更高的刀具使用寿命。


       此外,抗磨粒磨损性和抗氧化性可以优化35%左右。它还减少了中、高切削速度下的后刀面磨损,即使是采用干式加工方式,刀具使用寿命也能得到延长。最终,涂层研发上的大量改进不仅使生产力获大幅提升、刀具使用寿命进一步延长,而且在最高切削速度下对各种基质(粉末冶金高速钢、硬质合金、MC90牌号钢)的加工性能也显著增强,同时,切削速度及进给速度也更高。针对不同应用领域的客户测试都一一验证了该结果。>


  测试结果

 

       得益于BALINIT ALTENSA的应用,一家知名的欧洲汽车制造商能够毫不费力地将其粉末冶金高速钢滚铣刀(直径90mm)的切削速度(vc)提高了30%,即从200m/min提高到260m/min,同时,刀具的使用寿命也提高了20%。第二系列的测试表明,即使在300米/分钟的切削速度(即提升了50%),刀具的使用寿命仍比原来的使用寿命要长。用于硬质合金滚刀的涂层还有一组显着的数据:在高速切削环境下(vc=480m/min),工具的使用寿命可以延长超过30%。

 BALINIT ALTENSA的多功能性同样适用于湿加工,初期结果显示可以明显延长刀具使用寿命。


       来自另一家汽车供应商所做的测试表明,硬质合金刀片的生产力也可得到明显改善。当切削速度增长35%,即vc=200m/min时,刀具使用寿命同时提升了30%。另一家汽车供应商对带涂层的高速钢插齿刀(直径130mm)进行了湿加工(润滑)测试,刀具使用寿命延长到原先的140%。


  提高产品性能

 

       “我们的新涂层为齿轮切削设定了全新的性能标准,从而有可能在更高切削速度下实现先前无法想象的刀具使用寿命下确保更好的工艺可靠性。对于用户来说,这意味着用更低的制造成本获得更好的产品性能,”Kalss博士总结道。

 

高速齿轮切削的新视野

图2 在采用硬质合金刀片进行锥齿轮加工时,即使在干式加工条件下, BALINIT ALTENSA 也能实现更高的刀具使用寿命。

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