超声振动切削新技术

发表时间:2015-8-13 浏览:5624

标签:切削新技术 超声振动  所属专题:切削加工

    一项切削加工新技术为EWI赢得了2012年的“研发100大奖”。EWI是一个制造业研发联盟,主要开展一些旨在提高材料连接效率的研发项目及相关技术。这项名为“AcousTech切削加工”的新技术(正在申请专利)能够提高切削效率,延长刀具寿命,并改进用标准切削工艺(包括钻削、铣削和镗削)加工常规材料和先进材料时的质量。
    据EWI技术领导人/AcousTech研发团队负责人Matt Short介绍,AcousTech代表了新一代的切削技术。它利用高能超声振动来减小刀具切削面的摩擦,可大幅降低切削工件材料所需的力和力矩。切削力的下降减少了在切削面上产生的切削热,从而可在采用常规进给率和切削速度加工时显著延长刀具寿命。此外,它可以提高刀具切入工件材料的速度,由于减小了切削力,还能提高工件的表面光洁度和尺寸稳定性。该技术的应用可提高生产率和加工能力。例如,制造商能以更高的切削速度和更小的刀具磨损,在硬材料上钻削更大、更深的孔。在某些情况下,还可以完全取消润滑剂。
    AcousTech技术基于高能超声领域的成熟技术。大部分其他超声波应用的典型原理是:由一台高能超声波发生器为压电式换能器提供动力和实施控制,压电器件被电激发时,可将能量转换为机械振荡。只要正确设计换能器件,这种机械振动就能以预定的频率进行纵向传播。
    用于AcousTech切削加工时,换能器的工作频率设计为20千赫,功率为5千瓦。AcousTech切削的振动位移范围为微米级,因此对材料特性、零件质量或表面光洁度均无不良影响。事实上,这些重要的衡量指标普遍有所改进,这都是由切削面的动态运动促成的。
    实施这项技术的一个重要创新是将切削刀具与超声波传送系统有效连接在一起,同时将超声振动与敏感的机床零部件完全隔离开来。在超声波传送系统的设计中,为了达到所需的振动频率,并将能量传送到所需的位置——刀具上,广泛采用了建模和仿真技术。在实际生产中,该全波刀具的频率位于目标频率99.7%的范围之内。
    AcousTech技术在各种切削加工中的优势正在显现出来。事实证明,该工艺能将进给速度提高2-6倍,刀具寿命延长6-10倍(取决于不同的被加工材料)。最近,EWI开发了一种用于加工核压力容器的便携式AcousTech切削系统,旨在通过削减工艺步骤、取消切削液、提高加工精度和延长刀具寿命,来缩短加工关键零部件的停机时间。在一个模拟反应堆的加工中,EWI证明了该技术的有效性:钻削每个孔(直径43mm,深度60mm)的总加工时间缩短了90%以上,而刀具寿命延长了10倍。
    另一个切削试验是用市售的钻头,在硬度为HRC49的淬硬钢销子上钻削直径13mm、深度75mm的孔。采用AcousTech技术使钻削进给率提高了4倍,孔的表面光洁度从Ra143提高到Ra36。
    “研发100大奖”每年颁发给从产业界、学术界和政府资助的研究项目中评选出来的新兴技术,包括在检测设备、材料、化学、生物医药产品、消费产品、高能物理等领域的技术进步。
    EWI总裁兼首席执行官Henry Cialone表示,“获得研发100大奖有助于验证业界对这项创新技术的认可和需求。”

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