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【天富手机客户端】研究人员将调制引入工具路径 提高切削速度

北卡罗莱纳州夏洛特大学(UNCC)的研究人员在寻找一种可靠的断屑方法,这可能还打破了其他限制:车削生产率的物理限制。他们采用涉及刀具路径振动的断屑技术“模块化车削”,显示出有望在车削过程中实现更高的金属去除率而又不会对工艺造成任何其他影响的手段。

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UNCC实验室的这种不锈钢加工操作模拟了国防相关制造商将半球形加工成放射性材料的过程。今天,贤集网小编就带大家,阅读以下内容,了解有关发现最安全有效的方法来加工此零件的生产率。

后断屑槽

Tony Schmitz教授在UNCC领导这项研究。机械工程研究生Ryan Copenhaver与他一起工作。这项工作的预期受益者是与美国政府有联系的专门制造工厂,该工厂参与制造核武器。因为该工厂加工放射性物质,所以切屑破碎是一个至关重要的问题,这也许是机加工过程中最重要的问题。由于存在暴露的危险,因此操作员无法像其他加工过程那样轻松地与过程交互以清除切屑或更换工具。对于旨在将放射性工件加工成半球形形式的车削操作,该设施正在寻找一种破碎切屑的方法,该方法比使用切削工具的断屑器形式更加一致和可靠。

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研究员Ryan Copenhaver说明了这个问题。诸如此类的长条状切屑在任何车削操作中都可能存在问题,但在防止辐射暴露的安全预防措施阻止操作人员轻松清除切屑的情况下,它们尤其成问题。

以前的UNCC研究人员Scott Smith(现在在Oak Ridge国家实验室工作)开始了这项工作,发现仅通过编程的CNC运动就足以提供路径中的这种反复反转。他帮助开发的后处理器根据程序员选择的幅度和频率将重复的反转添加到编程的路径中。半球转向涉及在X轴和Z轴上进行插补,并且路径中的反转遵循相同的插补曲线。断屑反转的参数在每秒0.5到3.0次反转(频率)的范围内,典型的反转等于沿路径向后撤退0.005英寸(振幅)。

Schmitz博士在证明破断效果后开始研究。他研究了对表面光洁度的影响,但还探索了项目最初目标以外的其他积极影响。他说:“这些反转的幅度和频率现在是我们可以用来影响过程的其他旋钮。” 调整这些旋钮可以带来的改进之一就是提高了生产率。

表面处理和生产率

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至于表面光洁度,在切削时退刀和前进,的确比连续切削产生了更粗糙的光洁度。但是重要的是,损害是一致的,这意味着可以通过一致的后续步骤来克服它。Schmitz博士和Copenhaver先生使用304不锈钢(放射性材料的紧密替代品)进行工作,研究了“弹簧通行”对改善最终光洁度的有效性。弹簧走刀就是用相同的刀具再次运行相同的刀具路径,而位置不变,从而使切削刃可以去除少量的附加材料。测试包括在有和没有弹簧通过的情况下进行连续切削,以及在有和没有弹簧通过的情况下进行的调车,还包括调车。

更好的情况是:容易掉落的小芯片。UNCC研究人员通过后加工刀具路径实现了这种断屑,该刀具路径将常规振动引入到切削中。

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但是现在要考虑对生产力的影响。Schmitz博士说,在车削过程中,实际上,在所有切屑制造过程中,金属去除率都受到“波纹再生”这种未被充分认识的现象的限制。这是通过加工道次留在表面中的波会产生切削力变化的趋势,该变化会放大与机床和整个加工系统的谐波特性有关的振荡。自放大效应会导致颤动,并且在速度和切削深度的某些组合下,会产生足够大的颤动,从而抑制了有效的加工,并迅速导致刀具故障。当切削参数过于激进时,波纹度的再生通常是参数组合无法执行的原因。

但是,调节车削(对刀具路径进行编程,以便随着零件的每次旋转,切削刃可能反转两次或三次),都会中断再生。因此,只要反向是路径的一部分,以前可能过于激进的一组参数就可以变得足够稳定,无法有效地进行切割。仅对刀具路径进行后处理以引入调制车削,就可以使一组先前过于激进的参数有效地切削,而无需改变刀具,速度,切削深度或额定进给速度。UNCC研究人员已经证明了这一点,该图说明了这一发现:

转弯时的稳定波瓣图通常看起来像这样。该图显示了切削深度与转速的关系。在这些线下可以找到稳定的切割。因此,不同的速度可能允许在不同的切割深度处保持稳定性。但是所有这些都假定是连续进料。调制转向可以在给定速度下允许不同的深度。

这两个调制车削参数的曲线图(每转振动(OPR)与进给相对幅度(RAF)的关系)显示了在给定的一组切削参数下,调制车削的效果。所示的切削条件为1026钢的400sfm速度,0.003 ipr进给速度和0.1772英寸的切削深度。图的绿色区域是不稳定切割。如果没有经过调制的车削(OPR = 0,RAF = 0),则在这些参数下的切削是不稳定的。但是,在OPR = 1.5和RAF = 1的情况下,相同的切削参数可实现稳定的切削。

引入新的振荡以绕过系统中其他振荡的限制的技术超出了当前赞助商旨在进行调制转向的目标范围。核制造商希望有一个安全且可预测的过程,而不一定是更具生产力的过程。但是其他制造商显然将生产力放在首位。对于他们来说,调制车削可以通过增加切削参数而无需设置颤振来增加现有车削机床的潜在产量。这是任何CNC车床都可以使用的技术,可以更快地切削,因此Schmitz博士说,下一步是研究是寻找以生产为导向的赞助商,让他的团队进一步探索这一优势并扩大规模,以发现该技术的局限性。

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