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高速齿轮切削的新视野

2016-05-25 阅读    金属加工在线

  在传动之类的应用中,耐用、低噪音和高效的齿轮的制造提高了对产品质量的要求同时也要求配备相应的高生产水平。这也就是为什么在工业竞争中追求尽可能短的生产时间同时降低生产成本。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(图1):

  图1:齿轮切削的生产成本分布:实际加工的机动空间最大。
  ·总制造费用中平均有8%来自于刀具及其涂层。就算是非常优惠的采购条件,成本节省空间也非常有限。
  ·根据具体切削工艺的不同,冷却液成本占比约12%。干切削在此具有一定的优势,因此常常被应用于齿轮切削,但并不是适用于所有应用。
  ·机器的准备成本要占到大约24%,但是可以通过提高工具使用寿命,减少准备次数从而降低该项成本。
  ·其他因素产生的至少26%的生产成本是很难影响的。
  ·实际加工成本总占比最高,约30%。可以通过更高的切削速度来有效降低。
  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加工,并在此过程中不断被改善。耐磨涂层可以提升工具的使用寿命从而减少机床准备成本。当然,最重要的是它们在切削应用中有着非常明显的优势,可以显着地提高切削速度。随着1980年第一款刀具TiN涂层的面世,欧瑞康巴尔查斯的涂层专家在此发展中做出了主要的贡献。“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。”欧瑞康巴尔查斯的刀具市场和产品管理负责人Wolfgang Kalss博士说道。
  经过这些涂层处理后,切削速度提升同时成本降低。数据显示:如果齿轮切削的速度可以从200 m/min提升到300 m/min,单个齿轮的加工时间(首次和第二次)可以从0.56分钟下降到0.43分钟。这意味着加工成本可以降低25%左右,基于具体的机器工时率。如果估算一个齿轮的综合成本,此提升可以节省10%的费用。所以,投资新基材或者涂层都是非常值得的。
  BALINIT ALTENSA:重点改善热导率和红硬性
  为了更好的利用该原则并给生产商带来尽可能快的切削速度,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。欧瑞康巴尔查斯带着它的新产品在此基础上又迈出了重要的一步。在米兰2015 EMO展会上亮相的BALINIT ALTENSA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。鉴于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。“我们实质上进一步的降低了热导率并同时提升了涂层20%左右的红硬性,” Wolfgang Kalss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工具使用寿命的情况。
  另外,抗磨粒磨损性和抗氧化性可以优化35%左右。此过程可以在中高速切削中减少后刀面磨损,延长工具使用寿命,即使是针对于干加工而言。最重要的是在层次结构上的许多改善确保了可观的生产力的同时获得了更长的工具寿命和针对所有基材(粉末冶金高速钢, MC90, 硬质合金)在高速切削下达到良好的性能表现还有更高的切削速度和进给。针对不同应用领域的客户测试都一一验证了该结果。
  PM HSS、HM 滚刀和HSS插齿刀的成功测试结果
  一家非常知名的汽车制造商轻松将他的粉末冶金高速钢滚刀(直径90mm)切削速度(vc)提高了30%,通过BALINIT ALTENSA工具切削速度从200 m/min上升到260 m/min,同时工具寿命延长了20%(图2)。第二组数据表明即使是在高速切削环境下如300 m/min工具的使用寿命仍然要比200 m/min的速度下的工具使用寿命长(图3)。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 = 480 m/min),工具的使用寿命可以延长超过30%(图4)。

图2:提升30%切削速度的基础上,工具使用寿命延长了20%-以上数据source于一家汽车制造商用BALINIT ALTENSA涂层于他的粉末冶金高速钢滚刀上的结果。

图3:一家汽车制造商使用BALINIT ALTENSA后,齿轮切削速度提高了50%的同时仍然可以保持相同的工具使用寿命。

图4:硬质合金滚刀在高速切削(480 m/min)下,使用BALINIT ALTENSA的工具使用寿命延长超过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工具使用寿命。
  一家汽车供应商的测试结果显示硬质合金刀条的生产力很明显地提升了。当切削速度提高35%到vc=200 m/min时,工具使用寿命延长了30%(图5)。另一家汽车供应商测试润滑加工下涂层处理后的高速钢插齿刀(直径=130mm),显示工具使用寿命延长了140%(图6)。

图5:一家汽车供应商在生产螺旋伞齿时提高了硬质合金刀条1/3的切削速度,使用了BALINIT ALTENSA涂层的工具寿命仍然延长了30%。


图6:
湿加工过程中,使用BALINIT ALTENSA涂层的插齿刀(直径=130mm)使用寿命提高了140%。

  “我们的新涂层为齿轮切削设立了全新的性能标准,有机会刷新之前的工具使用寿命和在更高的切削速度下确保更好的工艺可靠性。对于使用者来说,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。


图7:在用硬质合金刀条加工螺旋伞齿时,BALINIT ALTENSA可以显着的提高工具使用寿命,即使是在干加工环境下。


图8:BALINIT ALTENSA可以显着地提高HSS插齿刀用于加工插齿的抗磨粒磨损性。

图9:BALINIT ALTENSA可以在滚齿加工上实现更高的切削速度。

注:图来自:欧瑞康巴尔查斯

  关于欧瑞康巴尔查斯
  欧瑞康巴尔查斯涂层是世界领先的涂层供应商,它的涂层能够显着提高精密零部件、金属和塑料工具的性能和耐久性。以BALINIT和BALIQ为商标投放市场的该涂层厚度非常小,硬度却非常强,能极大的减少摩擦和损耗。在ePD的技术品牌下,公司为塑料件金属化涂层创造出综合服务和解决方案。欧瑞康巴尔查斯现今在欧洲、美洲和亚洲35个国家共拥有107个涂层中心。欧瑞康巴尔查斯携手欧瑞康美科组成表面处理事业板块,隶属于位于瑞士的欧瑞康集团(SIX: OERL)。
  关于表面处理事业板块
  欧瑞康表面处理事业板块包括欧瑞康巴尔查斯和欧瑞康美科。欧瑞康巴尔查斯是世界领先的表面技术供应商,它的表面处理技术能够着提高精密零部件、金属和塑料工具的性能和耐久性。在ePD的技术品牌下,公司为塑料件金属化涂层创造出综合服务和解决方案。在全世界有超过1100台涂层设备被欧瑞康巴尔查斯和他们的客户投入使用。巴尔查斯设备的研发和装配总部设立于列支敦士登。欧瑞康美科提供表面涂层解决方案和设备。客户受益于独特而广泛的表面技术,涂层解决方案,设备,材料,服务以及专业加工服务和零部件。创新的解决方案提高了性能、效率和可靠性。欧瑞康美科服务于电力、航空业、汽车业以及其他专业市场。表面处理事业板块目前在欧洲、美洲、亚洲和澳洲36个国家拥有超过145处工厂,140个涂层中心和6000多名员工。表面处理事业板块隶属于位于瑞士的欧瑞康集团(SIX: OERL)。

关键词:齿轮切削,涂层,表面技术, | 作者 :

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