目前日期文章:201012 (12)

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車刀的主要角度有前角(γ0)、後角(α0)、主編角(Kr)、副偏角(Kr’)和刃傾角(λs)。

 為了確定車刀的角度,要建立三個座標平面:切削平面、基面和主剖面。對車削而言,如果不考慮車刀安裝和切削運動的影響,切削平面可以認為是鉛垂面;基面是水平面;當主切削刃水準時,垂直於主切削刃所作的剖面為主剖面。

1)前角γ0在主剖面中測量,是前刀面與基面之間的夾角。其作用是使刀刃鋒利,便於切削。但前角不能太大,否則會削弱刀刃的強度,容易磨損甚至崩壞。加工塑性材料時,前角可選大些,如用硬質合金車刀切削鋼件可取γ0=1020,加工脆性材料,車刀的前角γ0應比粗加工大,以利於刀刃鋒利,工件的粗糙度小。

 

2)後角α0在主剖面中測量,是主後面與切削平面之間的夾角。其作用是減小車削時主後面與工件的摩擦,一般取α0=612°,粗車時取小值,精車時取大值。

 

3)主偏角Kr在基面中測量,它是主切削刃在基面的投影與進給方向的夾角。其作用是:

 

1)可改變主切削刃參加切削的長度,影響刀具壽命。

 

2)影響徑向切削力的大小。

 

    小的主偏角可增加主切削刃參加切削的長度,因而散熱較好,對延長刀具使用壽命有利。但在加工細長軸時,工件剛度不足,小的主偏角會使刀具作用在工件上的徑向力增大,易產生彎曲和振動,因此,主偏角應選大些。

 

    車刀常用的主偏角有45°60°75°90°等幾種,其中45°多。

 

4)副偏角Kr’在基面中測量,是副切削刃在基面上的投影與進給反方向的夾角。其主要作用是減小副切削刃與已加工表面之間的摩擦,以改善已加工表面的精糙度。

 

    在切削深度ap、進給量f、主偏角Kr相等的條件下,減小副偏角Kr’,可減小車削後的殘留面積,從而減小表面粗糙度,一般選取Kr=515°

 

5)刃傾角入λs 在切削平面中測量,是主切削刃與基面的夾角。其作用主要是控制切屑的流動方向。主切削刃與基面平行,λs=0;刀尖處於主切削刃的最低點,λs為負值,刀尖強度增大,切屑流向已加工表面,用於粗加工;刀尖處於主切削刃的最高點,λs為正值,刀尖強度削弱,切屑流向待加工表面,用於精加工。車刀刃傾角λs,一般在-5-+5°之間選取。

 

資料來源:數控機床超市

 

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摘要:採用極性分散劑和超聲分散技術,在微米Si3N4基體中加入SiC奈米顆粒,用真空熱壓燒結法製備出Si3N4/SiC(N)納米複相陶瓷。研究結果表明:加入SiC奈米顆粒可顯著降低燒結溫度,阻止β-Si3N4晶粒的過度生長,細化晶粒組織,提高複合陶瓷材料的緻密度和機械性能:含15wt%SiC奈米顆粒的複相陶瓷具有最佳斷裂韌度和較高抗彎強度,可作為高速切削刀具和模具的候選材料。


1 引言

氮化矽(Si3N4)陶瓷是一種高性能的工程陶瓷材料,在機械、化工、能源、軍工等領域得到大量應用,但它較高的脆性極大地限制了其應用範圍。碳化矽(SiC)陶瓷也具有優良的高溫強度、抗氧化性、耐磨性、耐腐蝕性等,但其較低的室溫強度以及韌性不足也使其應用受到限制。為了改善工程陶瓷的使用性能,人們開發了自補強、添加顆粒或纖維補強、晶須增韌等材料製備工藝技術,但取得的增強、增韌效果比較有限。近年來,人們將納米概念引入工程陶瓷製備工藝,使陶瓷材料增強、增韌技術取得了顯著進展。日本的新原皓一等人率先將奈米級陶瓷顆粒作為彌散相加入微米級陶瓷基體中,製備出了納米複相陶瓷,取得了很好的增強、增韌效果。由於奈米顆粒補強增韌工藝效果明顯、操作簡便、成本較低,因此具有廣闊的應用前景。目前,Si3N4陶瓷增韌技術的研究主要集中於兩個方面:①通過顯微結構設計提高陶瓷材料韌性,即通過降低氣孔率、控制雜質含量來提高陶瓷材料密度和純度:對陶瓷材料的晶型、晶粒尺寸、發育完整程度進行控制:對晶界的大小、材質進行合理調控:對玻璃相的數量、性質、分佈、狀態等進行控制,以獲得具有最佳韌性的顯微組織。②在上述基礎上開展“晶界工程”研究。

本研究通過在微米級Si3N4陶瓷粉末中添加納米級SiC顆粒,製備出了Si3N4/SiC(N) 奈米複相陶瓷材料,並對製備工藝及材料性能進行了試驗研究。

2 材料製備

Si3N4陶瓷粉末採用上海材料研究所用Si粉氮化法制取的商品粉,其粒度D50<0.5µm,其中α-Si3N4相含量;93%(品質分數,下同),氮含量;37%,游離Si含量;0.5%,其餘為β-Si3N4相。燒結助劑Y2O3、Al2O3、WC、TiC 粉的純度為99.9%。彌散相SiC納米粉純度95%,平均粒度為0.02µm。

製備樣品時,以Si3N4粉為基體材料,加入SiC納米粉(不同配方的添加量分別為0%、5%、10%、15%、30%)。將各種粉料按配方混合,經過超聲振動分散後,放入球磨機內加乙醇球磨48小時(磨粒為Al2O3),使粉料充分混合均勻並細化。球磨完成後取出,置於烘箱內烘乾,再經100目篩進行篩分,得到較細粉末。將粉末在壓模機中進行壓制(為易於脫模,需在石墨模內壁塗以氮化硼粉末),然後在真空高溫熱壓爐內進行燒結(燒結原理)。真空高溫熱壓爐應先抽真空,然後緩慢升溫至燒結溫度,純Si3N4的燒結溫度為1850℃,壓力為30MPa,保溫60min:添加SiC納米粉配方的燒結溫度為1750℃,壓力為30MPa,保溫30min。燒結後的試樣(Ø45×6mm灰黑色扁圓柱體)隨爐冷卻後取出。制得的Si3N4/SiC納米複相陶瓷的顯微組織。

3 性能測試

將板狀試件毛坯切割為4×5×30(mm3)的試片,分別用於三點彎曲試驗、金相組織觀察、硬度檢測、斷裂韌度測試等試驗。用HVS-1000 Digital Microhardness Tester顯微硬度計檢測試片的顯微硬度,所加載荷為100g。在AKASHI(AVK-A)維氏硬度計上用微小壓痕法檢測試片的斷裂韌度,所加載荷為3kg。檢測步驟為:將試樣觀察面打磨、拋光,得到鏡面,在顯微鏡下觀察,確定有無劃痕。在維氏硬度計上,以29.4N(3kg)的載荷載入15秒鐘,打出壓痕,測量裂紋長度及壓痕對角線長度。利用下式可計算出斷裂韌度(適用於韌性較差的陶瓷半圓形表面裂紋):

KIC/(Ha½)=0.203(c/a)-3/2

式中,KIC為韌度因數,H為維氏硬度值,2a為維氏硬度壓痕對角線長度(mm),2c為裂紋長度(mm)。

用HITACHI S-570型掃描電鏡對三點彎曲試驗後的斷口進行SEM 觀察。選擇試樣鑲嵌於電木粉中,將觀察面打磨、拋光,得到鏡面,在氫氟酸、硝酸混合液中進行腐蝕後,在掃描電鏡上進行組織觀察並拍照。用排水法測量相對密度和孔隙率。用Rigakv Geigerflex型X射線衍射儀進行X射線衍射分析,以確定材料中的相組成。

資料來源:技術中心-中國金屬加工網

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資料來源:緊固件論壇

 

螺絲螺帽英文

中文名稱 英文名稱

六角螺絲() HEX HEAD CAP SCREWS(HEX BOLTS)

六角機械螺絲 HEX HEAD MACHINE BOLTS

六角木牙螺絲 HEX LAG BOLTS

四角螺絲 SQUARE HEAD BOLTS

T頭螺絲 T HEAD BOLTS

馬車螺絲 CARRIAGE BOLTS

環首螺絲 EYE BOLTS

內六角孔螺絲 HEX SOCKET CAP SCREWS

固定螺絲 SET SCREWS

螺椿栓 STUD BOLTS

螺旋椿 SCREW STUDS

輪殼螺栓 WHEEL BOLTS

翼形螺絲 WING SCREWS

自攻螺絲 SELF TAPPING SCREWS

自削螺絲 THREAD CUTTING SCREWS

鑽尾螺絲 SELF DRILLING SCREWS

旋入螺絲 DRIVE SCREWS

機械螺絲 MACHINE SCREWS

木螺絲 WOOD SCREWS

傢俱螺絲 FURNITURE SCREWS

塑板螺絲 CHIPBOARD SCREWS

牆用螺絲 DRYWALL SCREWS

基礎螺栓 FOUNDATION BOLTS

U型螺栓 U BOLTS

勾頭螺栓 HOOK BOLTS

套掛螺絲 TOGGLE BOLTS

突緣螺絲 FLANGE BOLTS

軌道螺栓(魚尾螺絲) TRACK BOLTS

耐候鋼螺絲 CORTEN STEEL HEAVY HEX BOLTS

扭矩控制螺栓 T.C.BOLTS

高張力螺栓 HIGH STRENGTH BOLTS

剪力釘(焊接螺絲) WELDING STUDS

螺絲附華司組合 SCREWS AND WASHERS ASSEMBLED(SEMS)

大尺寸螺栓 BIG SIZE BOLTS

不銹鋼小螺絲 STAINLESS STEEL SHEET METAL SCREWS

不銹鋼大螺絲 STAINLESS STEEL BOLTS

銅螺絲 BRASS SCREWS

鋁螺絲 ALUMINUM SCREWS

合金鋼螺絲 ALLOY STEEL SCREWS

電子螺絲 ELECTRONIC SCREWS

微小精密螺絲 MICRO SCREWS

塑膠螺絲 PLASTIC SCREWS

複合材料用螺絲 PARTICLE BOARD SCREWS

鈦合金螺絲 TITANIUM ALLOY BOLTS

鈦、鋯、鉬、鈮等螺絲、零件、材料 TI,ZR,MO,NB PARE METAL BOLTS PARTS

拇指螺絲 THUMB SCREWS

雙頭牙螺絲 DOUBLE END SCREWS HANGER BOLT

車輛(汽車)螺絲、螺帽 AUTOMOTIVE FASTENERS

航太用螺絲 AEROSPACE FASTENERS

飛機特殊扣件 SOURCE CONTROL BOLTS

拉栓 BLIND BOLTS

面板螺絲 PANEL FASTENERS

電梯螺絲 ELEVATOR BOLTS

四角頭固定螺絲 SQUARE SET SCREWS

大頭馬車螺絲 STEP BOLTS

單向螺絲 ONE WAY LAG SCREWS

管夾螺絲 HOSE CLAMP SCREWS

不銹鋼固定螺絲 STAINLESS STEEL HEX SOCKET CAP SCREWS

不銹鋼內六角螺絲 STAINLESS STEEL HEX SOCKET CAP SCREWS

鉸鏈螺絲 HINGE SCREWS

貨櫃螺絲 CONTAINER SCREWS

複合材料鑽尾螺絲 BI-METAL SELF DRILLING SCREWS

三角牙螺絲 TRILOBULAR THREAD SCREWS

高低牙螺絲 HIGH LOW SCREWS

夾板用螺絲 PARTICLE BOARD SCREWS

馬桶螺絲 TOILET CLOSET BOLTS

特長螺絲 SPECIAL LONGER SCREWS

建業螺絲 BUILDING FASTENERS

不銹鋼六角螺絲 STAINLESS STEEL HEX SOCKET CAP SCREWS

其他特殊螺絲 SPECIAL SCREWS OR BOLTS

不銹鋼特殊螺絲 SPECIAL STAINLESS STEEL SCREWS

寬牙螺絲(粗牙螺絲) COARSE THREAD SCREWS

鏈帶螺絲 COLLATED SCREWS

水泥螺絲 CONCRETE SCREWS

板模螺絲 CONSTRUCTION BOLTS

鋅蝶螺絲 DIE cast WING SCREWS; ZINC ALLOY

重型車螺絲 HEAVY DUTY WHEEL HUB BOLTS

內六角固定螺絲 HEX SOCKET SET SCREWS

複合材料用螺絲(夾板用) PARTICLE BOARD SCREWS

犁壁螺絲 PLOW BOLTS

()車用螺絲、軸心 SCREWS AND SHAFTS FOR MOTORCYCLE OR BICYCLE

針車用螺絲、軸心 SCREWS AND SHAFTS FOR SEWING MACHING

止付螺絲 SOCKET SET SCREWS

不銹鋼寬牙螺絲 STAINLESS STEEL COARSE THREAD SCREWS

不銹鋼高低牙螺絲 STAINLESS STEEL HIGH-LOW THREAD SCREWS

不銹鋼機械螺絲 STAINLESS STEEL MACHINE SCREWS

不銹鋼鑽尾螺絲 STAINLESS STEEL SELF DRILLING SCREWS

不銹鋼自攻螺絲 STAINLESS STEEL SELF TAPPING SCREWS

不銹鋼自削螺絲 STAINLESS STEEL THREAD CUTTING SCREWS

不銹鋼三角牙螺絲 STAINLESS STEEL TRI-LOBULAR THREAD SCREWS

不銹鋼木螺絲 STAINLESS STEEL WOOD SCREWS

套掛螺栓及螺絲 TOGGLE BOLTS

鈦合金膨脹螺絲 TITANIUM ALLOY EXPANSION BOLTS

中文名稱 英文名稱

六角蓋頭螺帽 HEX CAP NUTS

六角鋸齒螺帽 HEX SERRATED NUTS

六角輪緣螺帽 HEX FLANGE NUTS

高腳螺帽 HEX COUPLING NUTS(HIGH NUTS)

圓螺帽 ROUND NUTS

四角螺帽 SQUARE NUTS

管用螺帽 PIPE NUTS

輪殼螺帽 WHEEL NUTS

蝶型螺帽 WING NUTS

U形螺帽 U NUTS

T形螺帽 T NUTS

環首螺帽 EYE NUTS

齒形螺帽 KEP NUTS

齒花螺帽 CLINCH NUTS

耐候鋼六角重型螺帽 CORTEN STEEL HEAVY HEX NUTS

焊接螺帽 WELD NUTS

高張力螺帽 HEIGH STRENGTH NUTS

建業用螺帽 STRUCTURAL NUTS

不銹鋼螺帽 STAINLESS STEEL NUTS

銅螺帽 BRASS NUTS

鋁螺帽 ALUMINUM NUTS

合金鋼螺帽 ALLOY STEEL NUTS

重型車螺帽 HEAVY DUTY WHEEL HUB NUTS

鐵器焊接袋帽 ACORN CAP NUTS

金屬預置扭矩式螺帽 ALL-METAL PREVAILING TORQUE TYPE NUTS

壁虎螺帽 ANCHOR NUTS

大尺寸螺帽 BIG SIZE NUTS

鐵蓋袋帽 CLOSED END ACORN NUTS

盤形華司螺帽 CONICAL WASHER NUTS

鐵蓋+尼龍圈組合蓋帽 DIN 986 DOMED CAP NUTS

突緣尼龍蓋帽 FLANGE NYLON insert LOCK NUTS

平面華司螺帽 FLAT WASER NUTS

六角割溝螺帽 HEX SLOTTED NUT

自鎖螺帽 SELF-LOCKING NUTS

制止螺帽 SLIDING NUTS

SLN-自動防松螺帽 SLN SELF-LOCKING NUTS

其他特殊螺帽 SPECIAL NUTS

彈簧螺帽 SPRING NUTS

不銹鋼突緣螺帽 STAINLESS STEEL FLANGE NUTS

不銹鋼六角輪緣尼龍螺帽 STAINLESS STEEL FLANGE NYLON insert LOCK NUTS

不銹鋼六角重型螺帽 STAINLESS STEEL HEAVY HEX NUTS

不銹鋼六角螺帽 STAINLESS STEEL HEX NUTS

不銹鋼尼龍嵌入螺帽 STAINLESS STEEL NYLON insert LOCK NUTS

鋅壓屬螺帽 ZINC DIE castING NUTS

普通六角螺帽 HEX NUTS

六角重型螺帽 HEAVY HEX NUTS

薄型螺帽 HEX JAM NUTS

尼龍嵌入防松螺帽 NYLON insert LOCK NUTS

機械螺絲用六角螺帽 HEX MACHINE SCREW NUT

中文名稱 英文名稱

合金鋼線材盤元 ALLOY STEEL WIRE ROD

球狀化線材 ANNEALING WIRE AND ROD

黑鐵絲 BLACK WIRE

黃銅棒線 BRASS WIRE AND ROD

磨光棒鋼 BRIGHT STEEL BAR(HEX/ROUND/SQUARE)

銅合金線 COPPER ALLOY WIRE

線切割線 E.D.M CUTTING WIRE

快削鋼線材盤元 FREE CUTTING STEEL

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來源:機床網

 

硬質合金和高速鋼刀具的重磨和再塗層是目前常見的工藝。儘管刀具重磨或再塗層的價格僅為新刀具製造成本的一小部分,但卻能延長刀具壽命。重磨工藝是特殊刀具或價格昂貴刀具的典型處理方法。可進行重磨或再塗層的刀具包括鑽頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。

 

刀具的重磨

 

    在鑽頭或銑刀的重磨過程中,需要磨削切削刃以除去原塗層,因此所用砂輪必須具有足夠的硬度。重磨對切削刃的預處理是非常關鍵的,不僅要保證刀具重磨後原始切削刃的幾何形狀能被完全準確地保留,而且要求重磨對PVD塗層刀具必須是“安全”的。因此,必須避免不合理的磨削工藝(例如:高溫導致刀具表層受損的粗磨或幹磨)。

 

    塗層之前,可用化學方法去除原有的全部塗層。化學去除法常用於複雜刀具(如滾刀、拉刀),或多次複塗的刀具以及因塗層厚度而產生問題的刀具。化學去除塗層的方法通常僅限於高速鋼刀具,因為該方法會損害硬質合金基體:採用化學去除塗層法將從硬質合金基體上濾除鈷,導致基體表面疏鬆、產生氣孔以至難以進行再塗層。

 

    “化學去除法首選用於高速鋼硬塗層的腐蝕去除”巴爾查斯塗層公司的技術主管DennisQuinto先生指出。“由於硬質合金基體中含有與塗層中類似的化學成分,因此化學去除溶劑更容易損害硬質合金基體而不是高速鋼基體”。

 

    “刀具在塗層去除溶液中停留的時間是至關重要的”金星塗層公司的副總裁BillLangendorfer先生指出。“把刀具留在溶液中的時間越長,對刀具的腐蝕就越嚴重。儘管對高速鋼而言,腐蝕率要低得多,但當刀具上的原塗層被去除後仍應立即將刀具取出並進行清洗”。

 

    此外,還有一些適用於去除PVD塗層的具有專利的化學方法。在這些化學方法中塗層去除溶液與硬質合金基體僅有微小的化學反應,但目前這些方法尚未廣泛使用。另外,還有其他清洗塗層的方法,如鐳射加工、研磨噴砂等。化學去除法是最常用的方法,因為它可以提供良好的表面塗層去除一致性。

 

    目前典型的再塗層工藝是通過重磨工藝去除刀具原有塗層。

 

    再塗層的經濟性

 

    最常見的刀具塗層有TiNTiCTiAlN。其他超硬氮/碳化物的塗層也有應用,但不太普遍。PVD金剛石塗層刀具也可以進行重磨和再塗層。在再塗層過程中,刀具應被“保護”以避免臨界表面的損傷。

 

    常常有這種情況:用戶購買了未塗層的刀具後,在刀具需要重磨時再進行塗層,或在新刀具或重磨後的刀具上進行不同的塗層。

 

    BillLangendorfer先生說:“在很多情況下,我們去除刀具上的TiN塗層,重新塗上TiAlN塗層。因為用戶希望提高刀具的生產效率,而TiAlN塗層工具比TiN塗層工具切削速度更高、也更耐高溫。用戶常常希望可以從刀具製造商那裏獲得性能更好的新的塗層刀具,因此‘刀具製造商可能不得不重新開發一種帶有TiAlN塗層的新刀具’。但與重新開發這種新刀具相比,從舊刀具上去除TiN塗層並塗上TiAlN塗層所花的時間要短得多。”

 

再塗層的限制像一把刀具可以多次重磨一樣,刀具的切削刃也可以進行多次塗層。而“在已經重磨過的刀具表面獲得粘著性能良好的塗層是提高刀具性能的關鍵。”IonBondLLC公司國內銷售總監RobBokram先生指出。

 

    除切削刃以外,在刀具每次修磨時,刀具表面的其餘部分也許並不需要去除塗層或再塗層,這取決於刀具的類型以及加工中所使用的切削參數。滾刀和拉刀是進行再塗層時需去除所有原塗層的刀具,否則刀具性能將會降低。在應力導致的粘附問題變得突出之前,刀具可進行少量幾次再塗層而不需除去舊塗層。儘管PVD塗層具有有利於金屬切削的殘餘壓應力,但這種壓力會隨塗層厚度的增加而增大,並且在超過某個固定的限值後塗層將開始出現分層現象。在未去除舊塗層而進行再塗層時,刀具的外徑上就增加了一個厚度。對於鑽頭而言,就意味著所鑽的孔徑在變大。因此必須考慮塗層附加的厚度對刀具外徑的影響,同時還要考慮這二者對被加工孔徑尺寸公差的影響。

 

    一個鑽頭可在不去除舊塗層的情況下再塗層510次,但在此之後將面臨嚴重的誤差問題。Spec工具公司副總裁DennisKlein則認為:在±1μm的誤差範圍內,塗層厚度不會成為問題;但當誤差在0.50.1μm範圍內時,必須考慮塗層厚度帶來的影響。只要塗層厚度不成為問題,那麼再塗層、重磨的刀具完全可能比原來的性能更好。

 

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經濟部9/18公布,國內以往對於碳纖維材料需求,大多仰賴國外進口,成本大多高居不下。有鑑於台塑公司對碳纖維材料的研發,已有重大進展,為完整建構「材料研發與實際應用」的水平與垂直產業鏈,經濟部技術處日前結合四十多家原料與應用廠商,初步投資1.4億研發經費,共同成立「碳纖維複合材料研發聯盟」,宣告台灣碳纖維產業正式與國際接軌。
經濟部技術處表示,透過「傳統產業技術整合推動計畫」的努力,『碳纖維複合材料研發聯盟』正式成軍,代表該產業朝向技術與應用的整合開發規劃,已完成推動準備。聯盟因應政府對於風災的重建計畫,第一步推出利用碳纖維複合材料,進行快速結構補強的「健橋安家」計畫。在中國生產力中心整合推動下,結合台灣塑膠工業、福懋興業、沛芃工程、東盟營造、鹿島工程技術公司、全白吉工程行、中科院航研所、逢甲大學、工研院材料所、中華價值管理學會等,總計10家企業、學校、學會及研究機構共同參與。
技術處指出,使用性能提升的工程用碳纖維材料,研發成特殊編織物,配合奈米高分子彈性體複材及塗料,在新型施工及檢測的技術建構下,應用在建築物補強及新建工程,可大幅提升結構的耐震力,對於房屋、橋樑等在民生的住、行方面,有很大幫助。碳纖維複材在工程大量使用下,不但能降低價格、提升品質,對台灣碳纖維複材產業發展,有絕對相乘的助益。
福懋興業經理蔡天玄表示,健橋安家計畫能夠在不到五個月完成整合,最大的關鍵就在於經濟部技術處的支持與投入,讓聯盟廠商有一個未來共同的願景。該研發聯盟最大的特色是材料端到應用端的整合,研發需求面由技術法人共同參與、應用規格由工程顧問設計,如此研發到應用才能達到無縫接軌。過程中檢驗與測試,均由第三者配合,以高規格來驗證這些研發成果與使用效益,以期達到研發實用性與商品規格化的目標,未來成果不但在橋樑、建築物及公共工程補強及新建,運用於國內工程市場,相關衍生的產業商機,超過千億元,同時研發成果亦可打開大陸與東南亞廣大市場,創造更大商機。
台塑公司發言人黃宗敬協理指出,碳纖維複合材料具有材質輕、強度高、抗電磁、耐疲勞、耐腐蝕、比鋼強又比鋁輕的優異性能,因應目前能源短缺、節能減碳的世界趨勢,碳纖維複材無疑可提供一個最佳選擇。另外除了在民生用途外上,另外運動器材、風力發電、3C產品、醫療器材及汽車工業、營建工程補強,均可應用,尤其在軍事方面,則是航空及國防工業重要材料之一,因此,歐美日對碳纖維產業採戰略管制措施。目前國內碳纖維複材發展,雖然已小有成果,但面臨前有日本在產能及技術上領先地位,後則面臨中國大陸的急起直追,需要政府再給予協助。
技術處表示,雖然國內近10年來碳纖維已大量運用在運動器材方面,為因應未來全球科技發展,在航空工業、汽車工業、營建工程及風力發電的運用,還有很大的成長空間,國內在碳纖維發展的優勢,必須持續維持。技術處也會儘最大努力,打造碳纖維複材研發聯盟平台,在產官學研的共同合作下,加速發展台灣自主的碳纖維複材產業,以開創更大國際商機。

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【文/謝富旭】【財訊月刊2007年二月號 299期】



本世紀最神奇的材料—碳纖維,具有一股難以言喻魔力。它的重量僅有鋼鐵的五分之一,鋁的二分之一 ,但柔軟如羊毛,加入特殊樹脂後,強度卻是鐵的十倍。碳纖維的魔力不僅止於材料特性,它讓許多傳 統產業重現生機,更讓許多瀕臨破產的公司振衰起敝。


這種分子結構宛如鑽石的「塑膠」,為產品增加的附加價值極為驚人!傳統的腳踏車一台大約只賣三千 多元新台幣,但是碳纖維腳踏車起碼從五萬元起跳!

碳纖維概念股股價一飛沖天

台灣腳踏車雙雄巨大與美利達以及零組件廠利奇,因為碳纖維腳踏車出貨激增,獲利與股價均屢創下六 、七年來的新猷。高爾夫球球具製造商明安國際與大田精密切入碳纖維高爾夫球桿,繼而跨入碳纖維腳 踏車車架,轉投資成果斐然。而台塑的碳纖維部門擺脫多年來賠錢貨命運,去年一口氣把多年來該部門 虧損一舉賺回,甚至被外資點名是台灣最有爆發力的碳纖維概念股。

國外碳纖維製造商的發展歷程更具戲劇性。碳纖維產能排名全球第五大的美國Hexcel公司,於○一年因 「九一一」恐怖攻擊事件令飛機製造業大受打擊,導致這家專擅航空級碳纖維的公司一度瀕臨破產境地 。○二年底Hexcel股價崩跌至二美元上下。但是,飛機為降低燃油成本追求輕量化趨勢蔚為主流,碳纖 維供不應求,使Hexcel股價三年來飆漲近九倍,漲勢比道瓊成分大飆股波音公司還凌厲。

全球第二大碳纖維廠Toho Tenax與Hexcel一樣,四年前也面臨財務困窘難關,由於Toho碳纖維主要供飛 機之用,該公司宣稱空中巴士公司超大型客機A三八○所需碳纖維中高達五○%由它供應,Toho股價從 一百日圓出頭在三年內一度攻抵至一千二百日圓關卡,成為全球最具代表性的碳纖維飆股。

代理日商碳纖維布的華立企業副理許立松指出,製造碳纖維的原料與壓克力一模一樣,都是一種叫作聚 丙烯?(PAN)的石化副產品,但是PAN如果製成壓克力綿一公斤才賣幾塊錢新台幣,如果作成碳纖 維紗則可至少賣到一千元以上,使碳纖維身價宛如「黑金」一般。

產業呈上肥下瘦狀況

更不可思議的是,碳纖維這個「黑金」價格的飛漲速度不輸近幾年大漲的黃金與白金。根據台灣東麗公 司(日本Toray在台子公司)對廠商的報價顯示,三年來碳纖維漲了幾近三倍,以運用在運動器材的十二 K級碳纖維報價而言,已經從三年前的每公斤十三至十四美元一路飛漲至如今的三十五美元左右(去年 一度漲至四十美元)。以每公斤三十五美元來說,同樣重量的碳纖維等於比鋼鐵要貴四十倍,比鋁合金 貴十五倍,它的價格幾乎是貴金屬白銀的四分之一。

眼見碳纖維報價水漲船高,各家大廠也砸下巨資擴產,不過,碳纖維製造過程中需經過極高溫的氧化與 碳化處理,大量生產的技術仍存有相當大的瓶頸待克服,產量在要短短二至三年內大量開出並不容易, 使得供應依舊極為緊俏。

碳纖維因母絲不同主要分為三種,其中以聚丙烯?(PAN)碳纖維運用最廣泛,占所有碳纖維產出高達 九成。○六年,全球PAN碳纖維總產量估計為二萬二千公噸,與全世界一年白銀產量(含再生銀)差 不多。根據全球七家碳纖維製造廠(全世界生產PAN碳纖維也只有這七家)的擴產計劃,以PAN為 原絲的碳纖維產量將在○七年增加六五%,達到三‧六四萬公噸。從數字上觀之碳纖維的確是大幅擴產 了,但是業者仍擔心碳纖維報價仍將持續走高。

巨大轉投資碳纖維腳踏車車架的巨瀚科技總經理邱大鵬指出,來自飛機與風力發電強勁需求將吸納碳纖 維大部分額外增加的產能,碳纖維今年報價將易漲難跌。去年因碳纖維價格漲太兇,導致像巨瀚、明安 國際等碳纖維中下游業者的營收與獲利均告衰退。

中下游面臨考驗,產業重新洗牌

業者不約而同指出,導致碳纖維價格騰貴的最大推手即是飛機製造業。為了因應高油價時代,全球兩大 飛機製造集團美國波音公司與歐洲空中巴分別推出七八七與A三八○新一代商用客機互別苗頭。這兩種 新一代飛機的共同特性即是大量採用碳纖維作為材料,平均每架飛機對碳纖維需求量高達三十五公噸至 四十公噸之譜,較原先的主流機種對碳纖維用量暴增近一○倍。加上,包括中國等新興國家近年來對飛 機採購激增,導致全球碳纖維供不應求問題雪上加霜。

碳纖維價格飛漲已經為中、下游業者帶來營運挑戰,但是國內上市、櫃公司中最積極開拓碳纖維版圖的 明安國際董事長鄭錫坤反而視為是產業秩序重新洗牌的大好機會。


鄭錫坤說,碳纖維價格雖對明安營運造成衝擊,但這對這個產業是個考驗也是個機會,具有規模經濟以 及特殊利基的企業得以倖存後並進一步壯大。過去二年多來,明安購併上海峰盛及遠東複材二家碳纖維 公司,碳纖維產品從原本高爾夫球桿、曲棍球桿以及腳踏車架跨入航空、電子材料及其他工業用產品。 明安國際預估,目前約占集團營收一成的碳纖維產品在三年內時將提高至二成,每年以三○%的速度成 長。

中華民國尖端材料協會理事長,同時也是環航複材董事長蔡科然則呼籲,台灣碳纖維下游廠商不應該一 窩蜂地擠在競爭已呈白熱化的運動器材領域。他指出,碳纖維的工業用途是一塊有待開發的廣大處女地 ,在這裡可以尋找到大幅提升碳纖維產品附加價值的機會,未來商機無窮。

儘管碳纖維價格飆漲導致該產業呈上肥下瘦情況為產業前景蒙上一層陰霾,部分業者擔心,碳纖維價格 昂貴可能反挫碳纖維相關的應用甚至是研發進度。不過,這場由碳纖維點起火苗的材料革命已經漫延開 來,如果台灣製造業企圖持續保持優勢的話,面對這場材料革命任何相關業者都不能迴避。

END.

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碳纖維是一種纖維狀複合材料。它的強度比鋼大,密度比鋁小,具有極好的電學、熱學和力學性能。憑藉這些卓越的性能,碳纖維被航太航空、交通、醫療、紡織及國防等領域廣泛採用。

  碳纖維的化學組成中含碳量在90%以上。因為碳的單質在高溫下不能熔化(在3800開爾文以上昇華),而在各種溶劑中都不溶解,所以迄今無法用碳的單質來直接製造碳纖維。目前,碳纖維可分別用聚丙烯晴纖維、瀝青纖維、黏膠絲或酚醛纖維經碳化製成。

  碳纖維最早是愛迪生在1879年用棉絲碳化製成的,用來作燈絲,雖然只使用了短短的20多分鐘,但他是碳纖維應用的第一人。在20世紀50年代末,日本用奧綸為原料,成功開發了聚丙烯晴碳纖維。

  碳纖維在航空航太和國防軍工領域佔有不可替代的地位。用碳纖維製成的複合材料所做的飛機不但輕巧,而且消耗動力少,推力大,噪音小;用碳纖維增強塑膠來製造衛星和火箭等宇宙飛行器,機械強度高,品質小,可節約大量的燃料。

  碳纖維最初主要用於高技術領域,隨著成本的下降,近些年開始在民用領域廣泛應用。不知不覺間,以碳纖維為核心技術的産品已悄悄地走入尋常百姓家,為人們享受高品質的生活帶來便利。

  碳纖維的運用可以極大地提高人們日常生活中的安全性。碳纖維可以切成短纖放在水泥裏,這樣修建的房子更加結實,增強了抗震能力。日本是一個多地震國家,他們的高層建築就是利用碳纖維來加固的。碳纖維還可以加固橋面,製成橋的拉索、高壓電纜等。

  碳纖維可用作節能採暖材料的核心發熱體。在國外有很多節能採暖設備的核心發熱體已經由以前普遍採用的金屬材料升級為碳纖維材料,碳纖維材料不僅熱轉換率高,而且壽命長,很多産品在300攝氏度下能夠達到穩定工作10萬小時的時間。除了在採暖上有所應用,碳纖維還可用在熱水器、工業設備恒溫環境保障方面。

  現在碳纖維用途最廣的就是體育器材,如高爾夫球桿、釣魚竿、登山杠、滑雪板、滑雪杖、自行車、羽毛球拍、網球拍等。這些體育器材以前都是用鋼鐵或者玻璃纖維製成,現在都已經改用碳纖維。用碳纖維做的器材第一是輕,第二是結實,第三是外觀漂亮。

【來源:中國經濟網】

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(碳纖維布料)

碳纖維,又稱碳化纖維,泛指一些以碳纖維編織或多層複合而成的材料。因為它又輕又堅硬,所以它的用途很廣泛。

 


近年來碳纖維更是廣泛被使用於大型飛機,例如空中巴士的A350與A380,波音787均利用碳纖維複合材料來減輕耗油量。

 

另外大型風力發電機的葉片,賽車、汽機車與腳踏車的車身均為碳纖維複合材料需求量增加的重要因素。

每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成,直徑大約5至8微米。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近,是由一層層以六角型排列的碳原子所構成。兩者差別在於層與層之間的連結。石墨是晶體結構,它的層間連結鬆散,而碳纖維不是晶體結構,層間連結是不規則的。這樣便防止滑移增強物質強度。

 


一般碳纖維的密度為1750 kg/m3。導熱能力高但傳電能力低,碳纖維的比熱容量亦比銅低。當加熱的時候,碳纖維會變厚而短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色,但可以把它染上不同的顏色。

資料來源:維基百科

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        通常五金加工業內,都認同把太多的錢花費在錯誤的刀片上。雖然知道這個問題存在,但解決方案是什麼呢?大多數的五金企業僅是試圖採購更便宜的刀片。那的確有一些幫助,但它不是這個問題的解決方案。所以為什麼不選擇一個更結構化的方法呢?

 

  一些採購員通常在談判更低的價格過程中花費相當多的時間。但這對整個生產成本的影響是可以忽略的,更不用說生產率了。

 

  實效研究

 

  所有的工廠都有一個廢刀片的收集點。不存在比研究廢刀片更有興趣的事情,它導致了一個刀片是被如何使用(濫用)的實用主義觀點的形成,而且這種手段能被用於實現成本的降低。

 

  考慮事項應該是以下這些易於測量的因素:

 

  使用多少種不同形式的刀片?

 

  刀片擁有的切削刃數量的平均值是多少?

 

  相對于切削刃長度而言,所使用的切削刃佔據多大的百分比?

 

  磨損、破壞或未使用的切削刃各有多少數量?

 

  本文的內容是以對一個山高刀具的大客戶所進行的研究為基礎的。這個研究的結果代表了我們公司常規開展的與此類似的研究工作。

 

  刀片的差異

 

  要確定的第一個事實是所使用的刀片具有很大的差異。在我們的樣本中,共有638種不同的刀片來維持六台CNC車床的運轉。好的一面是每種刀片都是各個類別的冠軍。但是638種刀片採用每盒10片的包裝,意味著要庫存6,380個刀片。而所有這些僅僅是維持六台車床的運轉。下一個事實是每個刀片的切削刃數量相對較少。在很多車間,車刀片仍然是三角形或菱形。最佳組合切削刃數量(三角形刀片)和切削刃強度(菱形刀片)的凸三角刀片所提供的可能性顯然在很多車間還沒有足夠的認知。

 

  守舊派

 

  在20世紀70年代,最佳的建議是使用大尺寸、強壯的刀片。那個時代所使用的硬質合金雖硬,但韌性不夠好。刀片的強度通過其尺寸(大刀片=厚刀片=強度高的刀片)來保證。一個刀片要求其切削刃長度至少大於切削深度的三倍。兩樣東西已經在同時發生了改變。一方面,用於車削的平均切削深度已經明顯降低。

 

  由山高刀具開展的一項研究表明,當今車削加工的平均切削深度約為2.5~3mm.另一方面,當今的第四代硬質合金(以TP2500為例)具有很好的韌性,而且同時其硬度(耐磨性)更高。這意味著對於今日的刀片,切削刃長度和切削深度之間的關係能發生徹底的改變。最新一代(以MF5為例)的刀片幾何角度顯然能適合這種新的形勢。

 

  破壞 未使用的切削刃

 

  當你根據它們在使用中的磨損方式來審視刀片時,形勢真的變得清晰起來。切削刃磨損的正確形式是後刀面安全、可預計和可控制的磨損。切削刃不應該破裂。切削刃破裂是因為不正確的使用或者是切削刃的不當選用。在被丟到裝磨損切削刃的盒子之前,切削刃必須是被“磨損”的。還沒有用於加工就被丟棄的“新”切削刃總是惹人注目的。

資料來源 數控刀具超市

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《金屬加工世界》2009年第6期

為了最大限度降低幾何外形偏差,用戶可以採用其CAM系統。在NC程式計算之前,可以在設備配置方面進行糾錯,然後再納入程式中。採用旋轉3D誤差補償功能,可以在空間上對此類軸誤差進行補償。

電腦數位控制(CNC)領域的發展使得工件的表面品質更高、加工時間更短,同時也有利於增強干涉防護能力和停機後的快速重啟。
對加工精度、工件表面品質和成本控制等方面的要求日益高漲,順應這種趨勢,Fanuc公司在EMO2009展會上展出的30i-A和31i-A5系列的CNC控制系統,就可以為機床製造廠商和機床用戶帶來實實在在的好處。這些針對五軸加工的新功能可以改進工件表面品質,縮短加工時間,提高干涉防護水準並實現設備停機後的重新快速開機。


五軸同步加工的軟體功能
在這方面,控制系統製造商可提供品種繁多的五軸同步加工軟體功能。這些功能都顯著提高了加工效率。這些功能有刀具長度補償、刀具糾偏、刀具半徑補償和切割點補償等。此外,還有Smooth TCP和High-Speed Smooth TCP等功能。其中,Smooth TCP功能以Tool Center Point為基礎,對刀具調節中的偏差進行補償。另外,Smooth TCP還可忽略刀具中點位置的冗餘指令。High-Speed Smooth TCP功能可以用於現有的程式中,它含有刀具方向補償功能,以達到側面加工時的均勻運動。採用這兩種功能,可以獲得更好的表面品質和更短的加工時間。
針對斜面加工(“3+2”軸加工)場合,開發出了一種稱為Guidance-Screen(引導屏)的技術。通過這種螢幕,設備操作人員可以獲得圖形支援,並可通過對話,索取所需的程式。據製造廠商稱,操作人員可以在下列不同方式之間進行選擇:歐拉角度,“滾動,傾斜和偏離”(RPY),空間三點,兩個向量,角投影或刀具軸的方向等。


為了獲得更好的加工效果,針對五軸加工場合,有各種不同的輔助功能可供選用。在這些不同的輔助功能中,有些是新開發的功能,有些是改進型功能。例如,對“3D Interference Check”(3D干涉檢查)防干涉功能加以改進,對五軸加工的“Quick-Program-Restart”(快速程式重啟)功能進行了研發。這個功能可以使設備在停機(如刀具斷裂或停電)之後快速重啟。螢幕上相應的資訊可以幫助設備操作者重新啟動程式,而加工作業還能從停機前的位置繼續進行。


旋轉3D誤差補償提高加工精度
對於30i和31i-A5系列CNC系統來說,“旋轉3D誤差補償”功能為一種設備幾何外形錯誤提供了矯正功能(圖2)。與目前大多數參照一根直線軸的補償方法相反,旋轉3D誤差補償功能可以對整個設備空間的3D測量資料進行處理。由於這種功能也可以參照旋轉軸,因此很適合用於五軸設備。其結果是對設備動態性能進行誤差補償,實現更高的加工精度。


對於30i和31i-A5系列CNC系統來說,“旋轉3D誤差補償”功能為設備的幾何外形錯誤提供了矯正功能 。
沒有任何機床是完美無缺的,所有的軸都會以不同的方式出現誤差:一個典型的例子便是主軸斜率誤差。如果軸很長,或很高的上部構件發生傾斜的話,則會發生一定的撓曲。現代CNC機床應該通過其補償功能(例如Fanuc公司的傾斜誤差補償等)克服誤差。但是,這種補償應該是針對各軸分別進行的。其他一些小的錯誤和誤差,如軸之間輕微的角度偏差和輕微的扭動等,則不涉及其中。
為了最大限度降低幾何外形偏差,用戶可以採用其CAM系統。在NC程式計算之前,可以在設備配置方面進行糾錯,然後再納入程式中。但是,這也意味著承受較高的編程費用和此類NC程式在未重新匹配的情況下無法用於其他設備的缺陷。
採用旋轉3D誤差補償功能,可以在空間上對此類軸誤差進行補償。但前提條件是要對設備和軸進行準確的空間測量。由於這項工作牽涉到可觀的費用,所以迄今為止,很多用戶都沒有這樣做。
通過一種新的方法,可以減輕這種空間測量工作的難度。因此,Fanuc公司近年來已經制定並擴展了3D糾偏的可行功能。由此,用戶可以選擇可行的旋轉3D糾偏功能,不僅可針對線性軸,也同時可針對圓軸。通過CAM軟體的補償即變成了多餘。在對設備進行測量和植入資料之後,控制系統即自動開始檢測所有軸上的線性偏差。此時,不僅Tool Center Point(刀具中點)可以得到補償,同時旋轉軸也可得到糾正。例如,若刀具與工件之間的角度偏差大約15°的話,則300mm孔的上部開口應比下部開口大約8μm。在進行精密的深孔鑽加工時,不應該忽視這種誤差。糾偏結果要視設備的測量結果和設備的機械性能而定。根據控制系統廠商介紹,這樣的糾偏無疑會獲得更高的精度,因為設備的幾何外形誤差得到了補償。試驗結果表明,定位精確度平均提高了兩倍。

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塗層是確保高效加工最重要的因素之一。

正確選擇塗層可以降低每個項目或每件成本,因為這樣可以降低摩擦;減少熱漲冷縮,降低切削力;提高進給速度和轉速;改善工件表面質最並降低停機時間。針對某特定應用場合選擇正確的塗層可能是件複雜而費勁的工作。市場上可以見到的每種塗層都有其優缺點,而選擇不當則會縮短刀具壽命並使問題雪上加霜。塗層中的決定性因素硬度在塗層中非常關鍵,因為材料或表而越硬,刀具壽命就越長。CVD金剛石塗層的表面硬度接近9,000HV,與PVD塗層相比,其刀具壽命超出後者20倍。該塗層適合切削非鐵材料的,因為它硬度高,且切削速度為不帶塗層刀具的23倍。耐磨性,即塗層防止磨損的能力。儘管某種材料可能不是很硬,但是生產過程中添加的元素和工藝可能增加刀刃破損或形成突起的可能性。

表面潤滑性,非常重要,因為摩擦係數高會增加熱量,縮短塗層壽命或引起塗層失效。而摩擦係數低卻可以增加刀具壽命。表而光滑——不粗糙或無不規則輪廓——使切屑從刀具表而滑落,產生較少熱量。與無塗層的刀具相比,表面潤滑性高還可以提高速度,幫助防止工件產生塑變。氧化溫度,即塗層開始失效的溫度。氧化溫度高可以提高在高溫應用場合的成功率。防粘連能力,可以通過防止刀具和切削材料之間發生化學反應而阻止加工材料附著到刀具上。這種能力可以減少積屑瘤(BUE) ,一種在加工有色金屬材料諸如鋁或黃銅時常見的問題,導致刀具劈裂或零件過切。一旦材料開始附到刀具上,就繼續粘接更多材料。

常見塗層氮化鈦(TiN),是一種通用塗層,通過物理氣相沉積(PVD)法獲得。該塗層表面硬度達81HRC,摩擦係數為0.4。它在1,000°F(550)溫度下具有熱穩定性,適合塗敷於高速鋼(HSS)刀具用於切削各種材料,包括鐵基材料、非合金和合金鋼及淬火鋼等。碳氮化鈦(TiCN),比氮化鈦具有更多碳,硬度更高(90HRC),表面潤滑性更好(摩擦係數0.3)。該塗層也非常適合HSS切削刀具,具有更高的耐磨性,適合加工更難加工材料,諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼、銅、鎳鉻合金、鈦合金及有色金屬等。氮化鋁鈦(TiAlN),是一種高性能塗層,表面硬度超出80HRC。由於在刀具和切屑之間形成一層氧化鋁——將熱從刀具上轉移走,轉移到零件或切屑中——因此在高溫下依然保持其高硬度。其優越的耐氧化性在高溫加工中可以實現無與倫比的性能。由於硬質合金刀具在採用很少甚至不採用冷卻液的情況下,可以採用切削速度比HSS高很多,因此在給硬質合金刀具做塗層時,TiAlN為首選。TiAlN摩擦係數小於TiN,對加工耐磨和難加工材料諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼及鎳合金,其有優異性能。該塗層具有很高的延展性,是斷續切削操作的理想選擇。氮化鈦鋁(AlTiN),鋁的含最比TiAlN的高,具有更高表而硬度,具有氧化鋁層,在高溫加工中具有良好的刀具壽命,是高速加工的良好選擇。

硼化鈦(TiB2)塗層,比TiNTiAlN塗層要硬,具有異常光滑的表面,因此表面磨擦低、切屑流速快、耐磨性好。此外,由於這種塗層對鋁具有很低的親和力,因此可以防止積屑瘤。推薦用於矽鋁、鈦、鎂及銅合金加工。氮化鉻(CrN),也稱虹塗層。高耐腐性,高硬度(90 92HRC),磨損彈性和熱轉換性好,幾乎適合加工所有材料,包括高矽鋁、不銹鋼、高鎳合金、鈦和複合材料等。摩擦係數異常低,為0.027,其潤滑性超出TiNTiCNTiAlNZrN塗層。該塗層的防粘連性異常好,因此是容易產生積屑瘤的應用中的第一選擇。CrN塗層厚度為0.00065英寸(0.01651mm),可以確保加工工件保持所需要的公差。

 

資料來源:中國金屬加工網


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精度始終是刀具市場的一個重要要求。一方面,刀具精度提高意味著終端產品競爭力的提高。例如,汽輪機葉片加工精度的提高意味著葉片平衡性能更好,更易達到更高的轉速;導彈零件精度的提高意味著導彈命中率更高等。

另一方面,精度的提高意味著更高的加工效率。例如,過去許多有較高精度要求的孔,在孔的精加工以前需要進行鑽、擴兩道工序,而現在一些高精度、高剛性的鑽頭一次鑽出的孔就能夠達到原先擴孔的精度,這就能減少一道工序,提高加工效率。同時,高的刀具幾何精度能夠減少刀具本身的不平衡性,減少刀具高速旋轉時的振動,提高被加工表面的品質,同時能夠減少機床主軸受力,延長機床主軸的使用壽命。

 

資料來源:中國金屬加工網

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