
瑞士機械加工專業公司TUSA在的米蘭理工大學Politecnico di Milano 對陶瓷制成的新型微型工具開展了測試。陶瓷這種創新材料的壽命明顯長于一般材料,但為對其進行進一步優化,仍需開展大量測試。kistler的MicroDyn是世界上小的測力計,可以測量切削力,確定材料的性能參數。
毫無疑問,陶瓷是一種杰出的材料,在歷史上曾大放異彩。在古代,它被用于制作陶器;17世紀時,以瓷器形式從中國傳入歐洲(直到現在,在英文中,“瓷器”和“中國”仍是同一個單詞);19世紀,工業陶瓷誕生;在當代,它的應用領域不斷拓展,與各種新型材料混合和組合,仍在不斷續寫輝煌、再譜新篇
TUSA Precision Tools SA是瑞士南部提契諾州的一家公司,專注于制造高性能加工工具,如用于制造手表零件的工具等。該公司近也開始關注陶瓷刀具。TUSA的開發伙伴Omnino Technology公司的Gennaro Teta解釋道:“手表機芯零件異常復雜,其生產滿足嚴苛的要求,公差有時控制在微米級別?!盩eta一直在為客戶尋找新方法,來延長工具使用壽命,并提高工藝可靠性;在這一過程中,他們注意到工業陶瓷的。與很多行業一樣,手表制造業也在走向高度自動化、無人化生產?!暗?,如果工藝非??煽?,可以全天二十四進行生產,速度稍慢又有何妨?在這種情況下,何必汲汲于將生產速度提高10%?”Teta說道。陶瓷材料的硬度比鋼材更高。
切削工具的使用壽命可以提高三十倍
Teta指出,這種新材料的精度與傳統材料相當,但可以將切削工具的使用壽命延長30倍。TUSA聯系了公司附近、意大利的米蘭理工大學協助開發這種材料?!肮I試驗表明,陶瓷工具可以大幅延長工具使用壽命。但是,隨著陶瓷基板不同,陶瓷工具會有巨大差異。由此,我們萌生了與米蘭理工大學合作開發不同陶瓷混合物,并對它們進行測試的想法,”Teta說道。
在米蘭理工大學機械工程學院,Giulia Giovanni和Paolo Parenti正在Massimiliano Annoni教授和Nora Lecis教授的指導下開展新材料和新型切削工具的研究。他們利用電子顯微鏡、超精密加工中心和機床進行摩擦力研究?!癟USA的試驗裝置使用了一種微型切削工具來銑削黃銅板。我們使用兩套不同的切削參數來測試3種不同的陶瓷材料,”Giovanni解釋道?!発istler新推出的測力計MicroDyn助了我們一臂之力。它的固有頻率非常高,即使在測試對象高速運轉的情況下,也能為極地測量三個空間方向的力和扭矩,再通過算法確定三個軸上的合力。粗略地說,這個數值越低,切削工具的使命壽命越長?!盙iovanni補充道。
MicroDyn——世界上小的測力計
“我們使用兩套不同的切削參數來測試3種不同的陶瓷材料。kistler新推出的測力計MicroDyn助我們一臂之力。它的固有頻率非常高,即使在測試對象高速運轉的情況下,也能極為地測量三個空間方向的力和扭矩?!?br style="box-sizing:border-box;" /> 米蘭理工大學博士生Giulia Giovannelli
Microdyn的尺寸僅為30×30 mm,是世界上小的測力計。它在三個軸上擁有高達15 kHz的固有頻率,可以測量高達500 N的高動態力,并計算高達50 Nm的扭矩。測量工作直接在速度高達120,000 rmp的切削刃上開展,使用壓電晶體環來確保高靈敏度和極低的響應閾值。
測量值,帶來清晰的測試結果
米蘭理工大學的研究顯示,在三種材料中,其中一種材料產生的切削力穩定地顯示出其的特性。在切削深度為1.3 mm和0.5 mm的情況下,B類陶瓷材料的合力明顯低于A類和C類。這一結果令研究者非常滿意,因為工件佳表面質量也來自于B類切削工具。但是,對于年輕的研究員Giulia Giovannelli來說,這僅僅是個開始:“在初始階段,我們只考慮了方肩銑。
Gennaro Teta對該結果非常滿意:“這表明我們的方向是正確的,我們有了合適的材料。下一步,我們計劃在真實的工業環境中對它進行測試——也是說,在另一臺機器上測試,以觀察實驗室里得出的數值能否通過類似的切削參數復現。當然,要將這種材料用于工業生產,還有很長的路要走,但起碼已經順利邁出?!?
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