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最火接近镜面水平的平面珩磨工艺出入口机电子辞典进口果干压力计溜溜球Frc

发布时间:2024-01-09 17:28:28 阅读: 来源:鲜枣厂家
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接近镜面水平的平面珩磨工艺

虽然有一部分平面珩磨工艺已经应用了较长时间,但Stahli公司将砂轮和刚性支架组合在一起,很好地控制了砂轮的速度和零件加工速度,从而创造了一种新的珩磨工艺。其加工速度可以与磨床媲美,而经过珩磨后的工件表面质量几乎达到了镜面的水平。

航空轴承需要在极端的环境下长期工作。作为Emerson Power Transmission公司生产工程设计部的经理,Erik Keim先生和他的工作团队有选用最有效的方法,尽最快的速度制造最优质的轴承。如果任务不能按计划执行,就需要召开会议,讨论有关的交货情况或质量问题。

向航空航天业客户提供轴承和硬件的制造商们目前正处在一个大风暴之中。由于被批准的供货商数量有限,再加上波音787“梦幻”飞机和空中客车A380飞机的推迟交货,进一步加重了供货商的负担。使问题进一步恶化的是,为了继续满足操作要求,市场对军工和商用替换轴承的需求在大幅度上涨。问题并不只是局限于轴承,实际上,生产、测试和检验轴承的技术也完全不是普通的技术知识。因此,还需要一定的时间才能使这一行业的严峻形势得到缓解,即便新的供货商能够立即开始投入生产。目前,购置航空轴承所需的交货时间,起码在一年以上,有些供货商在报价中所提到的交货时间甚至超过了75周。

为了帮助缓解这个问题,Emerson Power Transmission公司在2008年3月采用了一种被称为“平面珩磨”的新工艺,它可以提高生产能力和产量,从而使制造厂能够满足市场变化的需求。该公司表示,这种新的生产工艺将有利于缩短交货周期,同时又可以为产品的质量带来意想不到的优越性,为进入新市场打开了大门。

平面珩磨工艺由Stahli公司研发成功,可用于类似于研磨或磨削类的加工。然而在现实中,其唯一的类似点在于工件与砂轮之间的关系。也就是说,实际上该工艺是利用研磨介质来加工金属。支架的刚性、砂轮的结构和零件运动的独特结合方式已经在这一加工领域中应用了较长时间。这种联合工作的方式降低了零件的调试装卡时间,同时缩短了交货期,为操作者提供了更强的对材料切削加工的能力(图1)。

图1 Emerson Power Transmission公司安装了Stahli公司的DLM705珩磨系统,提高了加工能力并减轻了平面研磨工作中心的瓶颈问题

取得成功的根源

从厂房观察,你会发现Emerson Power Transmission公司与美国其他许多生产车间没有任何区别。如果看到厂房内的大型产品陈列室,参观者就可以认识到,这家公司是如何通过技术创新和艰苦工作,在轴承生产方面取得很深造诣的。这家公司创建于100多年以前,其深厚的根基不但帮助该公司经历了暴风骤雨,而且在开辟新市场的道路上克服了种种障碍。

Emerson Power Transmission公司在印第安纳州Valparaiso市的工厂中共有200多名雇员。多年以来,虽然其在这个地区的业务量占据了很大份额,但Emerson Power Transmission公司在最初破土动工时,就已经有了生产航空用轴承的想法。该公司与其主要的航空和国防客户合作,共同设计元件,促进产品精度的提高和零件的通用性或零件质量的一致性。这其中包括气候控制、中央冷却液的供给和集中以及隔离振动的检验中心。

大约在1900年,James H. McGill公司在芝加哥地区成立。在创业初期,对于航空航天领域的设想认为是遥不可及的。1905年,该公司的业务迁移到Valparaiso市。1928年,该公司已在汽车市场成为一家颇有名望的企业,为Duesenberg公司、Cord公司、Packard和Rolls-Royce公司等提供服务。1940年初,McGill 公司在汽车应用领域中的崇高声誉吸引了军工界工程师们的眼球,他们开始将McGill 公司生产的轴承应用于坦克之中。在坦克轴承取得成功之后,又研发了抗摩擦凸轮从动轴承一类的专利创新产品及相继出现的悬臂式凸轮从动轴承,从而在固定翼飞机制造方面为McGill公司赢得了一席之地。事实上,在第二次世界大战期间,McGill公司所有工厂的产品全部用来支持战争需要。当时的轴承市场,和现在的情况一样,处于十分紧缺的状态。McGill公司的轴承对军工事业是如此的重要,以至于当时的美国政府允许该公司及其许多竞争对手制造相关元件。于是砂轮机,McGill公司的凸轮从动轴承成为固定翼飞机设计生产中的基本组成部分。原先的一些产品系列至今仍过门石在使用。

最近,Emerson Power Transmission公司将其Valparaiso工厂作为为航空、军事和国防客户提供服务的核心基地。随着其业务扩大到旋转翼产品应用领域,该公司利用这个基地开发、生产这类新产品。显而易见,这类市场是为直升机制造商提供服务的,如Bell公司、Sikorsky公司和Agusta/Wetland公司。为了我国塑料挤出机市场发展前景向好使旧的市场向新的市场过渡,并将这些市场建设成更新和更成熟的市场,这就要求该公司在过去成功的基础上进一步建设,并为未来的发展,随时准备克服新的障碍。走出这一步,需要解放思想锐意变革。

将新思想付诸现实

很多公司都在努力寻求成功之路,如果找到了这样的路,就可以使其按目标继续前进。但是今天的零件不可能像以前那样被有效和精确地制造出来,因为以前专门为制造一个零件而设计的工艺已不复存在,也不再需要这样的公差,也没有人需要这样的数量。Emerson Power Transmission公司为清除这些障碍已取得了一些成功,还增加了一些新的生产工艺。Keim先生说:“我们需要重新思考如何制造这些零件。问题是,新轴拉力实验机操作中的故障拉力实验机在平常生活操作进程中承需要达到更高的精度,但要求生产批量较小,生产成本较低。正是出于这个原因,公司必须不断地考虑如何制造好每一件产品和如何开发新的战略。”

为了寻求最新的技术,Keim先生及其生产团队来到了附近一家生产越野汽车设备的工厂进行参观。在参观过程中,他们注意到该工厂在使用Stahli公司的平面珩磨工艺制造与他们类似的零件。将老式平面磨削工艺与新式平面珩磨工艺进行细致的比较以后,他们才了解到为什么这样的过渡是如此的紧迫。

平面珩磨工艺可以使公差保持在亚微米级的精度水平,同时其研磨切削的速度可以与平面磨削工艺媲美,这对于Emerson公司客户所需的小批量工件加工是比较理想的。然而,采用过去的老式磨削工艺加工,需要花费1.5?h的时间更换调试零件,而采用新工艺,只需CHINAPLAS 2017展会上有众多材料适用于建筑领域5?min而已。调试时间的大幅度降低对解决磨削中心的瓶颈问题起到了很大的作用。

平面磨削的问题

在生产工艺流程中,平面磨削的操作加工最为严格,因为其后续的每一道磨削加工和珩磨加工都是以这个阶段生成的平面作为参考基准。老式磨削工艺的加工精度可保持在±5μm(1?in=25.4?mm,下同),其表面粗糙度约为Ra 20μm。要保持这个精度,往往需要经过几道额外的精加工,这必然会增加生产成本。这个单元的工作需要有一位很好的机械师来控制,以便尽可能达到最好的质量,因为整个过程需要集中精力,密切关注。即使对于最有经验的操作人员来说,从事这种紧张的脑力劳动也是非常辛苦的,往往需要重新返工。

为了满足印刷规范,一旦当平面磨削达到轴承座的整体高度时,就有必要采用珩磨工艺来降低其表面粗糙度值。老式珩磨工艺看起来非常像研磨加工,采用带有松散磨料的泥浆及相应的混合材料。它适合于提高表面质量,满足印刷要求,但它不能改善轴承座圈广告伞上下表面之间沟槽的关系。座圈沟槽是轴承元件运行的地方,主要是切削加工其内圈的外径和外圈的内径。内圈和外圈需要保持同样的高度,而沟槽应处于同一位置,使轴承达到最高工作性能,这一点是非常重要的(图2)。公司需要采用一种合适的方法,从上下表面获取不同的余量,尽可能使沟槽处于中心位置。

图2 轴承座装入机器时要使用飞轮表面进行类似行星运动学上的移动使其变得均匀

什么使珩磨

达到如此锋利快速?

平面珩磨胜过平面磨削的关键,在于砂轮和机架使它们相互之间适当对齐。机床和砂轮在结构上都是非典型性的。砂轮通常是由某种粘结剂和某种磨料组合制成。由树脂作为粘结剂研发的砂轮通常用于一般的磨削加工,在第二次世界大战时期,这种砂轮几乎垄断了市场,因为它们的制造比较容易,而且价格也很便宜。相反,用于平面珩磨的砂轮,采用硬度很高的磨料,如立方氮化硼(CBN)和多晶体金刚砂(PCD)。采用超硬磨料制成的砂轮,可延长砂轮使用寿命和提高金属切削速度。在某些应用领域,一套砂轮可以使用一年甚至更长的时间。坚硬的基质材料也有利于延长砂轮修整的间隔时间。相反,采用树脂粘结剂制成的砂轮需要很多特别的关注,如防止金属碎屑填满砂轮中的气孔,这种情况被称之为增加了砂轮的“负荷”。然而,在过去,使用坚硬的磨料意味着容易增加热量的积聚,从而降低切削速度。

平面珩磨工艺通过将砂轮安装在一个结实的支架上,使其能够在切削时产生高达450kg的力量,从而解决了这个问题。采用强大的力量,让砂轮能够快速磨削零件的多余部分,而其粗糙度则可考虑采用珩磨或甚至抛光的方式进一步加工处理。在Emerson Power Transmission公司,轴承座经过第一道加工以后,其粗糙度一般低于Ra 3μm。

Stahli公司的开发工作组特别考虑到了如何解决热量聚积和负荷问题,因此在贺 化 知识产权局副局长制造砂轮时,尽可能限制磨料的使用量。制造一个直径0.61m的实心超级磨料砂轮,不但成本不能太高,而且硬度也不能太高,需要有足够的切削力,保证快速的切削。目前的设计,采用金属背面的砂轮,中间含有圆片(5~7 mm厚),磨料被巧妙地敷设在圆盘上玩具模具。圆片采用超级水泥粘结,可以让砂轮在工作时自由“呼吸”。圆片的密度、成分和敷设方式对切削性能都有很大的影响。

一般的磨削加工,零件在砂轮下前后运动,以磨削掉多余的材料。因此,砂轮的导向缘总是先被磨损,需要很快进行修整。但采用平面珩磨工艺时,上面砂轮的动作完全独立于下面砂轮的动作,使零件在切削面之间旋转,犹如行星的动态运行。即零件以椭圆形的轨迹在砂轮之间运动,同时利用砂轮的整个切削面,保证砂轮在修整之间均衡磨损。上面砂轮的编程旋转速度也独立于下面砂轮的速度。加快下面砂轮的速度可以从底面切削更多的材料。这种独立的运动方式在确定轴承座圈的轨道中心时特别有用,可以提高零件的加工精度,并可以进行十分关键的调节,这一点在老系统上是不可能实现的。

加工诀窍

采用老式的磨削和珩磨工艺时,零件在机床上的运行是松动的。采用新的平面珩磨工艺以后,由于有一个零件载体伴随着每一个零件一起运动,使其能够在两个旋转速度彼此独立的砂轮面之间产生旋转动作。生产工程师Mike Baron先生早就预见到了珩磨工艺能够对质量产生的深远影响,他事先为这个加工单元上制造的几乎每一种尺寸的轴承都准备了一个载体。他正在研发一种新的策略,可在同一载体内,同时加工内外轴承座圈。他凭借这种深刻的洞察力,提高了零件的加工质量,保证轴承内外座圈的紧密配合,进一步缩短了轴承的组装时间。

一旦经过这样的工艺开发,并经过实践证实而应用于实际生产,保持每个运行工序都达到同样的要求是非常关键的。为了“牢记”这个工艺,Stahli公司开发了一种叫做“秘诀”的直接接口。所有机床操作所需的参数都被编成程序,并储存到称为“处方”的安装文件之中。从本质上来说,这些处方都属于安装文件。使用一个处方就意味着它可以在5min内完成安装,这一时间足以更换处方、零件载体和轴承座圈。该加工单元的首席操作员是Kenneth Brook先生。Brook先生能够为Stahli公司在最短的时间内制造最好的产品而感到十分自豪,他一直在帮助该公司进一步完善这一机床的工作“秘诀”(图3)。

图3 操作员Kenneth Brook 检查轴承外圈的尺寸和平行度。

自从用了此珩磨系统能够使工艺更加精确

一些意想不到的优越性

设计生产工艺的目的是为了保持稳定的零件公差,按照所要求的周期完成零件的加工,这就是人们所期望的。平面珩磨系统中一些意想不到的优点,不但对零件有影响,而且对参与零件加工的人也有影响。例如,采用老系统加工时,0.000?2精度的指示表就足以观察零件之间的尺寸变化。而新系统则要求采用精度更高的指示表(分辨率为0.2in)来观察零件之间的尺寸变化。总之,现在的这一轴承加工单元需要采用分辨率高得多的工具来测量和记录零件的特点,操作员不再是唯一被关注的对象了。

在过去的轴承生产中,隔振检验区可以按需要选用,而现在则是必须的,以便适当地记录工艺的振动情况。此外还要求采用更新、功能更强的检验工具和检验方法。Baron先生说:“经验使我们成为一个更加优秀的公司,不只是通过它制造一个更好的零件或产品,还要通过它使我们不断成长壮大。用平面珩磨工艺加工的某些零件,其平面度甚至比我们过去调试机床所使用的量块还要好。”测量能力和工艺水平的显著提高使公司能够将业务范围扩大到旋转翼应用领域的高级轴承生产。虽然该公司在这一市场中已经活跃了较长的时间,但若想要保持相当的利润空间,采用额外的新工艺制造轴承以满足更高的规格要求,恐怕还力所不及。平面珩磨工艺为此创造了一个坚实的基础,在这个基础上就可以为旋转翼轴承市场制造生产更具竞争性的优质轴承。Keim先生说:“平面珩磨工艺的成功实施,使我们公司获得了新的能量,人们将以一种新的目光来看待我们的工作和生产工艺。我们将继续寻求创新的方法加工零件,从而提高质量,缩短关键轴承的交货期。”

通过战胜新的生产挑战,Emerson Power Transmission公司就能够打开新的市场,并用新的钥匙开启老工艺无法打开的大门。(end)

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