复合石蜡材料在数控加工中的应用

发表时间:2014/12/17 作者:佚名  来源:电气自动化技术网
数控机床加工的材料通常是钢材,其硬度较高,特别是在首件加工时,由于程序编制及对刀的错误,零件形状和尺寸往往不容易达到图样要求,造成材料浪费。

  数控机床加工的材料通常是钢材,其硬度较高,特别是在首件加工时,由于程序编制及对刀的错误,零件形状和尺寸往往不容易达到图样要求,造成材料浪费。

  同时初学者在数控机床的操作训练中常常会出现各种安全事故,造成数控机床、刀具的损坏,以及材料的大量浪费。出于安全和节约材料的角度,笔者近几年对复合石蜡材料替代钢材进行了试验,应用于数控机床首件试生产和教学训练,取得了良好的效果。

1.复合石蜡材料的特点

  (1)节约材料 复合石蜡材料利用后可以对材料进行再回收,反复使用,能源消耗低,回收过程不会对环境造成危害。作为钢材的替代品,用于零件的首件试生产和教学性训练,生产和使用成本都非常低,有着非常广泛的应用前景。

  (2)节约刀具 钢材加工对刀具的磨损大,特别是初学者经常会发生刀具碰撞的事故,刀具损耗量很大。

  数控刀具的价格都非常高,发生碰撞后造成的损失也相当高。

  由于复合石蜡材料硬度低,加工过程中对刀具的磨损几乎为零,发生刀具与零件碰撞时,材料碎裂,对刀具不会产生任何影响;同时刀具可以长期使用而不用修磨和更换,节约了大量的刀具费用。

  (3)不使用切削液 复合石蜡材料硬度远低于钢材,加工过程不会产生热量,对刀具几乎没有磨损,所以不论是采取车削还是铣削方式,都不需要加注切削液,节约了切削液的费用。

  (4)提高机床操作的安全性 数控加工的首件试生产和初学者的训练性加工,经常会发生刀具中国金属加工在线版权所有与零件碰撞,造成人身伤害,刀具和材料报废。采用复合石蜡作为加工材料,即使发生碰撞,只会使材料破碎,不会飞出伤人,有效保障了操作者的人身安全,同时避免发生碰撞对数控机床造成的精度降低和损坏。

  (5)应用范围复合石蜡材料可以在各类数控机床及普通机床上加工,坯件可以加工成圆柱体、长方体或特殊形状及尺寸,可以在机床上进行外轮廓面、内孔、螺纹、切槽及特殊型面等加工。

2.复合石蜡材料的性能

  (1)可回收材料的选择可应用于机械加工中的回收材料,包括低熔点的金属材料如铜、铝等,非金属材料如塑料、尼龙和石蜡等。

  铜、铝的回收需要冶炼条件和设备,需要专门厂家集中冶炼,回收成本高。塑料、尼龙需要购置挤塑机,设备投入大,对设备的操作技术、维护等要求高,对环境也容易造成污染。石蜡的熔点低,回收再利用能源消耗少,对环境不会造成污染,是比较理想的材料。

  (2)可回收材料的性能要求   应用于数控加工的可回收材料,应当具有足够的硬度、韧性和抗拉强度,使用夹具装夹,变形不大,在高速旋转时不会发生断裂;对机床不产生腐蚀和磨损,不能堵塞润滑和冷却系统;零件加工完成,尺寸和表面粗糙度可以达到图样要求,不会发生形状及尺寸变化;对刀具的磨损和损耗小,当刀具与零件碰撞时,零件易折断,不会对机床精度造成危害,避免对操作者人身产生危害;回收及使用过程不产生有毒、有害气体,对环境和人体无危害,材料价格和回收成本低。
  (3)复合石蜡材料的性能改善   石蜡熔点和强度低,容易加工但也容易破碎,无法满足夹具装夹、刀具切削的要求。通过在石蜡中加入添加物,提高其硬度、韧性和抗拉强度,改善力学性能。

  首先,提高材料软化和熔化温度。石蜡是无色至白色结晶蜡状固体,无臭无味,相对密度0.82~0.90g/cm3,熔点低于45℃的石蜡称为软蜡。熔点在45~60℃之间,25℃针入度低于20(0.1mm)的石蜡称为硬蜡。加入添加材料后石蜡的熔化温度可以达到70℃以上,在35℃以下的环境使用,材料不会发生明显的软化,可以满足机床装夹及加工要求。

  其次,提高材料的硬度和韧性。石蜡的硬度是采用针入度来确定的,无法与钢材等金属材料的力学性能作对比,采用金属材料的检测方式对其检测,由于硬度太低,无法检测出相关数据,因此对材料的检测我们主要采用了直观判断的方式进行检测:一是在车床上可以进行三爪自定心卡盘装夹、一夹一顶、两顶尖装夹;在铣床或加工中心上用夹具装夹,材料不会发生明显变形和断裂。二是长度是直径3倍的材料在1.5m的高度掉落时,材料不发生断裂。三是刀具切削顺利,切屑不会粘附在刀具、工件和机床导轨上,零件加工表面平整,表面粗糙度值低。在石蜡中加入添加材料后,提高了石蜡的硬度,改善了石蜡黏性大、容易粘附的特点,通过调整配方,复合石蜡材料基本满足了上述三项检测要求。

  最后,提高材料再回收性能。石蜡坯件通常采用浇注方式,内部往往会出现空洞等缺陷,材料在反复使用过程中,会混入切屑、机油、水及灰尘等杂物,加工出来的坯件内部会出现夹层缺陷。为了解决手工制作材料坯件质量不稳定的问题,经过反复实验,研制出用于加工复合石蜡坯件的生产设备,解决坯件容易出现缺陷的难题。加工出来的坯件外表面光滑,尺寸稳定,更换模具,可以生产出不同形状和尺寸要求的坯件,同时做到了规模化生产,以满足生产和教学需要。

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