在加工航空发动机零部件时,需要用磨削方法加工在1000℃高温下运作的高强度、耐氧化和耐磨损的耐热合金零部件。为了适应航空工业的这种需要,新推出了一种可以实施切削和磨削加工的复合加工机。
这种复合加工机的最大特点是,采用一种称为“极佳去除材料性能的磨削方法”。这种加工方法对金属板、涡轮圆盘和喷嘴导针等中小型零部件,以及飞机盖板等大型件都适用。该机的X轴移动量为520mm、Y轴560mm、Z轴600mm、B轴回转270°、C轴360°。最大可加工工件的直径φ440mm,长度380mm,最大重量120kg。主轴转速12000rpm,各轴的快速进给速度48m/min,切削进给速度1—40000mm/min。刀库可容纳刀具60把。采取特种措施后可以安装最大直径φ70mm的刀具,或者是安装直径φ220mm的砂轮。刀具的最大长度为300mm,最大重量12kg。
所谓“极佳去除材料性能磨削方法”是预先在多孔砂轮的气孔中渗入冷却液,磨削时由离心力使冷却液大量涌向磨削点。这样既可以防止砂轮被堵塞,又可以提高磨削效率。
实验证明,在磨削时因沿砂轮回转方向有7MPa高压的70—100L/min冷却液喷向磨削点,所以磨削量可达到67mm3/s,是以往的8倍。磨削小零件时,可以由砂轮修整装置在加工的同时连续对砂轮进行修整。这时的磨削量可以达到250mm3/s,是以往的30倍。且自动掉换砂轮装置可连续掉换最大直径φ200mm以下,最大重量12kg以下的各种类型砂轮。
在加工喷气发动机零部件时,现在可以用立方氮化硼砂轮完成以往的铣削、钻孔和攻螺纹等加工。例如以往加工涡轮圆盘,需要经过包括检查、定中心等在内的28道工序。现在只需要4道工序即可完成。
线切割和超高速喷水复合加工机
为了提高线切割的加工速度,将线切割和超高速喷水加工集成在一台机床中以后,速度可提高到以往线切割加工速度的70到100倍。
这种复合加工机的主要特点是首先用超高速喷水方法进行高效率粗加工,然后由线切割进行精加工。例如用超高速喷水方法在钢铁材料上加工孔时,加工速度可以达到1500mm2/min,表面粗糙度为Rz=150μm。此加工效率远远高于线切割最高速度500mm2/min的粗加工。由直线电动机驱动的高精度NC线切割机床再进行精加工以后,可获得圆度0.3μm和表面粗糙度Rz=0.1μm的高精度孔。由两种工艺相结合的粗、精加工,可大幅度提高加工效率。
除此之外因在喷射的超高压水中混入了磨粒,即使是加工淬火钢等高硬材料,也可以获得很高的加工效率。超高压水流是由高效率泵增压以后,再通过喷嘴喷向加工点。由速度是声速几倍的超高速集束水流冲击原材料时的动能,就可以去除多余材料成为所需要的零部件。
由于高速喷水加工不会产生加工热,所以除了加工金属材料外,还可以用于加工切断面发热易变形的丙烯、纸张和布等软性材料,钛和石英玻璃等硬性材料,以及对广泛范围的材料实施无毛刺加工。
这种机床可以选用3种模式运作,即单纯超高速喷水加工、单纯线切割加工以及两种方法的复合加工。
现在用这种机床加工冲压模具的凹模型孔时,可以对淬火钢实施表面粗糙度为Rz=3μm的高品质加工。只需要作一次超高压喷水粗加工,4次线切割精加工即可。加工时间可比以往缩短25%。
金属光造型复合加工机
这是一种将“金属光造型”与“精密切削加工”集成在一起的复合加工机。它的优点是可以实施高精度加工,改善光造型件的表面质量和降低生产成本。
因以往用光造型成形的零部件表面总会残留明显的台阶痕,况且对用不同材料成形的零部件强度也难以作出评价,所以无法成批生产或加工模具零部件。
为了使这种新工艺能用短周期和低成本生产塑料模零部件,专门开发一种将“接近零部件最终形状的激光熔融烧结金属粉末叠层造型工艺”和“精密切削加工”结合在一起的复合加工机。这种复合加工机的X、Y、Z轴移动量分别为260×260×100mm,可加工零部件区域的最大尺寸250×250×85mm。最大输出为100W的纤维激光,由电流计反射镜控制扫描。精密切削加工部分的主轴转速60000rpm,弹簧夹头直径φ6mm。X、Y轴的切削进给速度60m/min,Z轴30m/min。进给加速度平均1G,最大1.5G。刀库可容纳刀具20把。
该机的加工过程是:充填氮气→供给金属粉末→激光造型→叠层累积→精密切削加工→最终产品。用这种工艺加工带深肋的模具零部件,可比以往缩短加工时间20%。
