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挑战难加工材料的日本企业(1) 浏览:
文章来源:中国刀具信息网  添加人:阿刀   添加时间:2013-08-19

    日本的众多企业如今都在立志开展高附加值的制造,其目的是开发新兴市场国家企业不能马上模仿、具有优秀性能的部件和产品,在避免无谓的成本竞争的同时,获得稳定的收益。
    要想实现这一目的,一个有效的手段是采用高强度、高硬度、高耐热性等具有高附加值的材料。这些特色鲜明的材料虽然能够赋予部件和产品独特的性能,但也大都存在难以加工的问题。如果攻不下难加工材料,实现高附加值的制造也就遥遥无期。
    在制造业的现场,挑战难加工材料的企业已经越来越多。如何对难加工材料进行加工实现产品化?本特辑将介绍挑战难加工材料的9家日本企业,从中为挑战难加工材料提供有益的启示。
    (1)大塚精工:试制内径120μm喷嘴,通过显微镜筛选电镀工具
    “据我所知大概只有我们公司能做”。大塚精工(总部:福冈县志免町)代表董事社长井石雄一边说边拿出一个氧化锆(ZrO2)加工样品,该产品以390μm的间隔排列了81个内径120μm×外径190μm×高700μm的细管。
    不锈钢换成ZrO2
    大塚精工主要为试制品及小批量产品提供陶瓷及金属的精密加工服务。其实,从2年前开始,与ZrO2样品形状类似的不锈钢管需求不断高涨,订单不断,主要是作为安装电子部件时使用的吸嘴以及液体和气体的喷嘴使用。实际接到的订单多为排列一个喷嘴及多个喷嘴的产品,而不是排列81个的产品。
    在这期间,很多行业表示,不锈钢“耐腐蚀性及抗化学药品性较差”、“希望在数百℃的高温环境下使用”。因此,“我们使用耐腐蚀性及耐热性更为出色的ZrO2,尝试制造可作为喷嘴使用的细管”(井石)。最终自主开发出了能满足客户需求的新一代产品。
    分4个步骤形成细管
    细管的制造方法如下:①利用平面磨床研磨ZrO2板材,制作出作为加工基础的正方体;②使用三轴磨削中心及电镀工具,打开9行×9列,合计81个小孔;③使用平面磨床,在孔与孔之间横纵切割出沟槽(在这一阶段,会出现81个中间打孔的正四方柱并排的形状);④最后使用磨削中心和电镀工具,切削四方柱的周围,精细加工成圆筒形的细管(打孔加工与细管精加工虽然使用磨削中心进行,但加工原理与切削加工相近)。
    在上述4个加工步骤中,尤其是②和④的难度非常高。这2个加工过程使用直径0.1mm×长1.0mm的电镀工具(对硬质合金进行电镀,在其上方黏着金刚石磨粒等)。打孔方面,考虑到工具的寿命,只用一个工具打81个孔会有些勉强,因此中途需要更换2次工具。但电镀工具的性能不均匀,有时会折断,或者孔径发生改变。
    为此在工具更换前,该公司在50~100倍的光学显微镜下检查电镀工具的状态,在正式加工前,对样品材料进行打孔,确认没问题后,再对实际工件进行打孔。电镀工具的性能不均匀,有时会折断,或者加工孔径发生改变。为此,使用前要在50~100倍光学显微镜下确认工具的状态。井石表示,“在显微镜下观察电镀工具,能以相当准确的精度了解金刚石磨粒等的电镀状态能否耐得住打孔加工。这是非常重要的经验”。
    打孔采用分段加工方式,具体做法是使电镀工具上下振动,在顺畅排放碎屑的同时切削工件。在这一加工过程中,磨削中心的转数与分段周期及速度等会给品质和生产效率带来很大影响。通过优化这一条件,可顺畅排放碎屑,实现稳定加工,还可提高加工速度。
    另一方面,精加工过程中,电镀工具存在刚性问题。电镀工具的直径非常细,仅为0.1mm,因此使用电镀工具将正四方柱加工成圆柱时,路径稍有错位,电镀工具就会折断。必须准确控制加工路径。
    丰富的经验是技术优势
    井石自信地表示,“在陶瓷加工方面,我们此前积累了丰富的经验。因此,即使是从未加工过的产品,在最初阶段,也可对8~9成的加工条件进行优化。剩余的1~2成则需要不断摸索,由此还可进一步积累新的经验。这些丰富经验正是我们公司的最大技术优势”。
    大塚精工虽然确立了小口径喷嘴的加工技术,但仍存在课题亟需解决。那就是成本。比如采用此次的方法,利用ZrO2制造的81孔加工样品的加工成本是利用不锈钢制造时的10倍左右。其最大的原因是加工时间长达100小时以上。其中,使用磨削中心打孔与细管精加工所花费的时间占到整体的9成以上。
    井石表示,“目前正在推进开发,力争大幅缩短磨削中心的加工时间,使加工成本与利用不锈钢制造时相比,由目前的约10倍下调至2~3倍左右。要想实现这一目标,关键在于工具。”
    (来源:日经BP社)

刀具信息网 责任编辑:小山