VibroCut：有帮助的振动

弗劳恩霍夫机床与成型技术研究所（Fraunhofer IWU）Oliver Georgi博士领导的研发团队有目的地利用100Hz的振动或者超过16kHz的超声波范围内的振动来改变机械加工过程中现有的工艺技术边界条件。许多工业项目也能证明辅助振动切削加工技术有着非常大的应用潜力，并展示了这一技术还有着显著的成本优势。尤其是在大批量生产过程中，规模经济的优越性表现得尤为突出。

低频振动车削

切屑的断屑问题是连续性车削加工过程中经常遇到的一大挑战性难题。在大批量切削加工过程中，切削刀具的磨损或者设备负荷的波动常常会降低切削加工工艺过程的可靠性。长条的切屑和缠绕在一起的卷状切屑都可能导致零件划伤，此时只能停下设备，手动清除缠绕在一起的切屑。

如果不能很好的掌握断屑，在某些情况下甚至无法实现自动化的切削加工。在频率100Hz、振幅0.6mm的辅助振动帮助下能够可靠地产生短切屑。而在没有辅助振动的帮助下，车削加工机床必须每小时停下几分钟的时间清理切屑。

辅助振动切削加工技术能够产生短切屑（如图下方所示切屑），与之相比较的是上图中上方采用传统车削工艺而形成的长切屑。

辅助振动切削是通过创新性的高灵活性系统来实现的。这样的创新性系统可以非常灵活地安装在车床刀架上使用。所列举的内孔车削实例也充分说明了辅助振动车削技术有着很高的应用潜力：以机床小时费率85欧元、年计划设备使用时间6000小时、由断屑而导致的停机时间平均为每小时6分钟来计算，每年的断屑停机导致的损失就会高达10%，约合51000欧元。采用辅助振动切削技术之后就会避免这一经济损失。

超声波振动频率

在内孔加工和深孔加工过程中，高频范围（16kHz）内的超声波震动可以提高加工设备的生产率和工艺可靠性。在像铜合金或者铝合金之类的金属材料切削加工中，超声波震动会明显降低这类金属材料切削时的切削力。

因此可以通过提高切削用量的方法来提高生产效率。例如：在机床小时费率130欧元、年计划设备使用时间6000小时以及钻孔机动时间占比35%时，可以将钻孔主轴转速或者进给量提高40%，从而将生产效率提高10%，节约高达78000欧元的资金。如果将孔加工时的切削用量提高100%则可以节约高达136000欧元的成本费用。

未来的VibroCut团队（左起）：Carlo Rüger博士（切削加工应用技术工程师），Oliver Georgi博士（总经理，负责销售和技术），Viola Lehmann（财务、行政和市场营销总监），Martin Schwarze（产品开发）。

辅助振动切削技术也在其他切削加工中有着积极的应用前景：因为它有利于减少毛刺的形成。在辅助振动技术的帮助下会明显地减少进给力，从而也减少了毛刺的形成，降低了去毛刺工序的成本费用。在某些情况下甚至可以完全省去毛刺的工序。在加工深孔时，超声波辅助震动可以实现更好的排屑、有着更高的工艺可靠性。

通过辅助振动产生的有益效应会在一定程度上减少深孔加工时深孔中心线的偏移量。超声波振动还改变了加工区内的接触摩擦情况，从而也减少了刀具磨损：提高了刀具耐用度。在某些切削加工应用中，例如镍基合金等难加工材料的切削加工过程中，超声波辅助振动技术提供了足够的过程可靠性，有着令人满意的刀具使用寿命，实现经济高效的切削加工。

尤其是在汽车生产领域中，辅助振动下的切削加工有助于提高许多汽车零件切削加工的生产效率，例如汽车工业和机械加工企业的重要供应商舍弗勒公司就成功地采用了辅助振动的内孔车削技术，进一步提高了内孔车削的生产效率。该公司还与Fraunhofer IWU一起在车轮轴承的螺纹内孔加工中采用了超声波辅助振动切削技术。
从Fraunhofer IWU剥离出来的VibroCut公司将生产销售可以补充安装到现有机床设备上的辅助振动切削系统。另外，这家公司还为客户提供定制技术开发、机床设备集成和技术培训等技术服务，为客户提供完整的辅助振动加工解决方案。

首先进入市场的是孔加工和车削加工中的辅助振动技术。然而，VibroCut公司不会局限于个别市场之中，而是想在不久的将来将辅助振动切削加工技术推广应用到不同的切削加工工艺过程中。VibroCut公司认为，辅助振动切削加工技术在汽车制造、机械工程和航空航天领域中有着巨大的市场潜力。联邦德国经济和气候变化部也投资资助VibroCut公司：将VibroCut初创公司列为杰出基础项目研究计划中的一个组成部分。这家初创公司预计将在2023年中期正式登台亮相。

本文译自德国Werkstatt und Betrieb杂志

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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