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日本珩磨的前尘今朝之单冲程珩磨的进化史

发布时间:2022-01-25 | 来源:新冯公司 | 作者:大井直充男

  近年来,日本珩磨业界有越来越多的企业将涨珩工艺转换为单冲程珩磨工艺,即采用电镀刀具单次通过内孔进行研磨的技术。单冲程珩磨的工艺并不是在日本研发的,美国专业杂志《IND DIAMOND REV》于1990年时已有刊载,当时这种珩磨工艺已经在美国普遍地使用。但日本的企业却在很长的一段时间里都并未对此形成重视。

  40多年前,笔者曾接触过一家汽车燃料系统部件加工商,这家企业正是用单冲程珩磨工艺替代了涨珩工艺。当时向他们详细了解了这两种工艺的优缺点之后,被告知单冲程珩磨与多冲程涨珩工艺相比在尺寸一致性及成本控制等方面有很多优点,但是缺点也比较明显,例如尺寸调节有难度、设备占地面积大等,而最大的不足是由于多轴累加以及刀具工艺所造成的加工精度欠佳。

  1978年左右,日本国内开始对原来的单冲程珩磨工艺进行了改善,在主轴旋转的同时产生振动,通过振动使原来需要4到5个轴才能完成的研磨,只需要2到3个轴就可以完成,从而减少了近百分之五十的工程数量。由于简化了工艺,并且不需要丰富珩磨经验就可以操作,初期在对加工精度要求不高的珩磨加工企业中被快速地推广。珩磨设备制造商出于对这片新市场的热衷,纷纷投身其中,但是相对于多冲程涨珩工艺,单冲程珩磨工艺的加工精度问题一直得不到突破。

  笔者在那段时间里正思考如何把手工研磨效果以机械化的方式去实现,结合当时的旋转振动一体化的工艺,研发出了新的动作控制工艺。大致原理为在传统单冲程珩磨的基础上,叠加可以根据实际工件状况任意设定动作次数和动作幅度的珩磨工艺,后来我们称之为叠动珩磨。1997年,TAMIX公司取得该珩磨工艺加工体系的专利权,此后不断地对设备本身进行持续改善,与此同时,也加快了珩磨刀具及磨料的综合改善与研发。2003年到2004年间,TAMIX公司在日本及美国取得“高精度加工用珩磨刀具”、“节省工艺刀具”及“扩孔研磨同时加工”等多项珩磨刀具相关的专利权。通过日复一日的改善提升,最终综合实现了相较于多冲程涨珩在研磨精度等方面的匹敌与超越。

  叠动珩磨让以往被认为无法珩磨的小径深孔工件(例如内径 3mm ×长度 300mm)成为现实,是珩磨工艺历史发展的一个台阶,作为传统研磨的升级换代工艺也更加受到用户的重视。例如提高射击的命中率、替代内圆磨设备提高生产效率、解决软材料粘刀问题等等,在不间断的新技术突破过程中,叠动珩磨的应用空间越来越大:除了通常的液压、汽配、家电、模具等行业以外,更有效满足了半导体、乐器、医药及其器械等行业所需的高精度微小孔加工需求。2005年,TAMIX公司获得永井科协技术财团授予“陶瓷制品内径超精密研磨技术奖”,2006年获得“新机械振兴协会会长奖”。


 

  2018年,TAMIX公司的叠动珩磨工艺正式落地中国,与南通新冯精密机械有限公司合作推出了中国本土化制造的第一台SF式叠动珩磨机,注册商标“鯱鉾”牌,运用了TAMIX公司纯正的叠动珩磨工艺及刀具制造技术。

  [单冲程设备]


 

  [旋转振动一体化类型]


 

  [独立式叠动类型]

  


 

  单纯的一台叠动珩磨机并不能真正代表领先的技术,单冲程珩磨工艺中珩磨刀具才是最重要的因素,珩磨刀具在最大程度上决定了生产效率和品质。设备、工艺、刀具的完美组合才能给使用者带来惊喜。40多年来,珩磨刀具的形状结构在逐步的改进中发生了诸多变化。

  第一阶段:不可调刀具

  刀具形状固定,加工后的产品尺寸由刀具本身外形尺寸决定。

  


 

  第二阶段:嵌入式刀具

  通过敲击刀具内部的扩展楔块来扩涨刀具,从而实现加工尺寸的调节。

  


 

  第三阶段:螺丝扩涨刀具

  工具内部的扩涨楔块由螺丝进行推进,更容易进行精细尺寸调整。

  


 

  第四阶段:自动扩涨刀具

  在设备本体上安装了刀具扩涨机构,可以在珩磨加工过程中自动扩涨刀具尺寸。

  


 

  第五阶段:盲孔加工用刀具

  用于退刀槽极小的盲孔工件珩磨。


 

  第六阶段:超细孔加工工具

  可调节尺寸的直径φ1.5mm孔用的刀具。

  


 

  第7阶段:超细深孔刀具

  可珩磨直径φ2mm长度200mm的产品。


 

  精良的电镀及修整工艺可以保证金刚石颗粒无脱落隐患,在大批量生产时,只有耐磨损的刀具才能保证加工产品尺寸的稳定性。同时可以反复数十次再电镀,使得刀具寿命超长,有效降低单件加工成本。

  目前的可调式刀具尺寸可以以1微米的单位进行精准扩大及缩小。刀具更换时间短,刀具更换后的调试简单,普通员工通过简单培训即可熟练进行。结合叠动珩磨工艺以后,这类刀具可以很好地应对壁厚较薄、容易变形、容易堵刀的产品。

  日本单冲程珩磨的发展过程代表了日本珩磨工艺对欧美所达成的学习、进化、赶超之目标。但是日本的珩磨设备企业在此后的持续改良与突破创新中明显速度缓慢。即便设备主体通过 NC化改进了一些,但基本没有太大的区别,可以说日本的珩磨工艺近年来并没有根本性的变革。

  作为全球变暖的对策,汽车从发动机向EV过渡,因此趋势必然是更需要小型化和轻量化,各种部件的精度要求和材质也会随之变化。TAMIX所代表的叠动珩磨工艺会在其擅长的领域发挥出积极作用,推动停滞不前的日本珩磨技术的持续发展,也希望能为全球客户带来非凡的产品体验。

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