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文檔簡介
第一講切削加工概論第一頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四三大基礎(chǔ)要素分別構(gòu)成了3大研究應(yīng)用領(lǐng)域:刀具——切削機(jī)理、材料、結(jié)構(gòu)及工藝性機(jī)床——結(jié)構(gòu)、性能、工藝范圍工件——加工工藝、結(jié)構(gòu)、性能工藝性第二頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四實(shí)際上,切削過程是一個(gè)很復(fù)雜的工藝過程,它不但涉及到彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué),還有熱力學(xué)、摩擦學(xué)等。切削質(zhì)量受到刀具形狀、切屑流動(dòng)、溫度分布、熱流和刀具磨損等影響。切削表面的殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變嚴(yán)重影響了工件的精度和疲勞壽命。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)定義:在機(jī)械加工中,由機(jī)床、刀具與被加工工件一起構(gòu)成了一個(gè)實(shí)現(xiàn)某種加工方法的整體系統(tǒng),這一系統(tǒng)稱為機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。第三頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四相關(guān)的研究工作英國科學(xué)家奧克萊(K.P.Oakley)在《人—工具的制造者》一書中所指出的:“人類是隨著新的刀具材料的發(fā)明而逐漸進(jìn)步的,人類的歷史由此可以劃分為石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代和鋼的時(shí)代”。切削的核心內(nèi)容:生產(chǎn)效率和加工精度和質(zhì)量。第四頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四切削加工技術(shù)發(fā)展史1、古代的切削加工人類對(duì)切削原理只有一些樸素的唯物辯證的認(rèn)識(shí).孔子《論語·衛(wèi)靈公》:工欲善其事,必先利其器。2、近代的切削加工自從切削加工技術(shù)發(fā)展到一定水平后,人們開始注意探討切削過程中的現(xiàn)象和規(guī)律,研究切削的理論,并用以指導(dǎo)生產(chǎn).研究工作主要從19世紀(jì),特別是從19世紀(jì)后期開始的.第五頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四最早研究金屬切削要數(shù)英國Rumtord,他于1789年研究過炮身加工時(shí)的切削熱和切削功。1851年,法國人考克夸爾哈(Cocquilhat)直接測量鉆削時(shí)切除單位體積金屬所需的功。1873年,德國人哈蒂格(HartigE)發(fā)表了切削功的表格。1870年俄國人基麥和1873年法國人特雷沙都曾解釋過切削形成過程。第六頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1881年英國人馬洛克(MallockA)指出,切削過程基本上是在刀具推擠下使工件材料發(fā)生剪切而成為切屑的過程,還強(qiáng)調(diào)刀具前刀面上摩擦作用的重要性。他曾將切屑試樣經(jīng)拋光、腐蝕進(jìn)行觀察,還研究過潤滑劑的影響、刀刃鋒利性對(duì)切削過程的影響,以及切削過程中引起顫振的原因。1896年,俄國人布里克斯開始將塑性變形的概念引入金屬切削。至此,切屑形成才有了較完整的解釋。
第七頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四基麥對(duì)切削過程進(jìn)行研究成果:1)認(rèn)為韌性金屬的切削是擠壓過程;2)決定了擠裂角和收縮系數(shù);3)提出了切屑的種類及切屑形成的4個(gè)階段;4)初步分析了切削力,但未考慮摩擦和塑性變形的影響.第八頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1893年,俄國科學(xué)家慈伏雷金在切削力的主要問題上作了許多研究工作:1)制作了直接測定切削力的測力儀。2)在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,建立了切削力的雙因素公式為:式中P為切削力,b為切削寬度,a為切削厚度,k為常數(shù).第九頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四現(xiàn)在,通過切削力實(shí)驗(yàn)建立的車削力實(shí)驗(yàn)公式,其一般形式為:第十頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1902——1921年,烏沙喬夫進(jìn)行了很多研究工作:(1)創(chuàng)造了用熱電偶測量切削溫度的方法;(2)用金相方法研究切削過程,發(fā)現(xiàn)了滑移面;(3)創(chuàng)造了圖解分析試驗(yàn)結(jié)果,尋找切削規(guī)律的方法.第十一頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1918--1925年,俄國人契留斯金進(jìn)一步建立了多因素的切削力公式為:式中Pz為主切削力,k為常數(shù),δ為切削角,φ為主偏角,t為切削深度,s為進(jìn)給量.第十二頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四19世紀(jì)末到20世紀(jì)初美國工程師泰勒,對(duì)金屬切削加工技術(shù)主要貢獻(xiàn):(1)研究了切削條件和刀具材料對(duì)刀具壽命的影響規(guī)律,確定經(jīng)驗(yàn)公式,從而優(yōu)選切削條件.式中:ν為切削速度,T為刀具壽命,A,m為與刀具材料、工件材料及切削條件有關(guān)的常數(shù)和指數(shù).泰勒公式是金屬切削科學(xué)中最重要的經(jīng)驗(yàn)公式,至今還在應(yīng)用.第十三頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四(2)研究發(fā)現(xiàn),刀具上的切削溫度控制著刀具磨損的速率.(3)1898年,泰勒和冶金學(xué)家懷特(whileW)成功研制了高速鋼,并作廣泛的、系統(tǒng)的切削實(shí)驗(yàn).高速鋼可用30m/min的速度切削鋼材,比原用的碳素工具鋼、合金工具鋼提高了好幾倍.高速鋼的問世,引起了金屬切削的重大變革,獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益.時(shí)光已經(jīng)過去了一百多年,高速鋼W18Cr4V的化學(xué)成分仍然同泰勒、懷特當(dāng)年規(guī)定的成分相近.第十四頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1923年,德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進(jìn)10%~20%的鈷做粘結(jié)劑,發(fā)明了碳化鎢和鈷的新合金,硬度僅次于金剛石,這是世界上人工制成的第一種硬質(zhì)合金。用這種合金制成的刀具切削鋼材時(shí),刀刃會(huì)很快磨損,甚至刃口崩裂。1929年美國的施瓦茨科夫在原有成分中加進(jìn)了一定量的碳化鎢和碳化鈦的復(fù)式碳化物,改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質(zhì)合金發(fā)展史上的又一成就。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不變,在1000℃時(shí)仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料,如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等,用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材,也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料?,F(xiàn)在新型硬質(zhì)合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數(shù)百倍。第十五頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1969年瑞典研制成功了碳化鈦涂層刀具,刀具的基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金或鎢鈷硬質(zhì)合金,表面碳化鈦涂層的厚度不過幾微米,但是與同牌號(hào)的合金刀具相比,使用壽命延長了3倍,切削速度提高25%~50%。20世紀(jì)70年代已出現(xiàn)第四代涂層工具,可用來切削很難加工的材料。第十六頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四第十七頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四3、現(xiàn)代的切削加工高速切削(HSC)是近二十年來迅速崛起的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù),是現(xiàn)代切削加工技術(shù)的發(fā)展方向之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。高速切削時(shí),切削力小,切削溫度低,加工精度高,表面質(zhì)量好,可實(shí)現(xiàn)高切削效率和低加工成本,并目_可對(duì)難加工材料進(jìn)行加工。但高速切削刀具磨損嚴(yán)重,壽命較短,這是阻礙高速切削進(jìn)一步發(fā)展的主要因素。第十八頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四被加工材料都有一個(gè)臨界切削速度V0,在切削速度達(dá)到臨界速度之前,切削溫度和刀具磨損隨著切削速度增大而增大,當(dāng)切削速度達(dá)到普通切削速度的5~6倍時(shí),切削刃口的溫度開始隨切削速度增大而降低,刀具磨損隨切削速度增大而減小。1931年薩洛蒙博士發(fā)表了高速切削假設(shè)理論:(所羅門原理)
第十九頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四切削塑性材料時(shí),傳統(tǒng)的加工方式為“重切削”,每一刀切削的排屑量都很大,即吃刀大,但進(jìn)給速度低,切削力大。實(shí)踐證明隨著切削速度的提高,切屑形態(tài)從帶狀、片狀到碎屑狀演化,所需單位切削力在初期呈上升趨勢,而后急劇下降,這說明高速切削比常規(guī)切削輕快,兩者的機(jī)理也不同。理想剪切模型第二十頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四(1)高速切削加工理論研究和探索階段(1931~1971年)自20世紀(jì)30年代Salomon理論提出后,20多年沒有什么重要進(jìn)展,直到50年代后期,高速切削加工的理論基礎(chǔ)研究在世界范圍內(nèi)開始展開。美國、日本、法國、蘇聯(lián)、英國和澳大利亞等國才進(jìn)行了一些高速切削的理論基礎(chǔ)研究。第二十一頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四由于當(dāng)時(shí)還沒有高速加工的機(jī)床,不能進(jìn)行很高速度的切削加工實(shí)驗(yàn),于是采用了彈射實(shí)驗(yàn)方法。這些實(shí)驗(yàn)有的是通過彈射快速滑動(dòng)帶動(dòng)的刀具經(jīng)過工件進(jìn)行切削加工,有的是彈射工件使它經(jīng)過靜止的刀具切削刃進(jìn)行切削。第二十二頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四美國洛克希德(Lockheed)飛機(jī)公司R.L.Vanghn研究小組于1958~1960年進(jìn)行了高速切削加工的切削力、切削溫度、刀具磨損、切削振動(dòng)和切屑形成機(jī)理等實(shí)驗(yàn)研究。切削實(shí)驗(yàn)的工件材料有AISI4340(40CrNiMoA)鋼、Ti-6Al-4A鈦合金、鎳基高溫合金和鋁合金等。刀具材料包括高速鋼、硬質(zhì)合金與史特萊合金(Stellite),切削速度4570~73000m/min,切削深度0.127~1.10mm。第二十三頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四這些研究表明:高速切削加工時(shí),切屑形狀與普通切削條件下不同,隨著切削速度提高,逐漸形成不連續(xù)的切屑,切屑是由于脆性斷裂而形成的。在低速切削時(shí),切削力隨切削速度提高而增大,但當(dāng)切削速度大到一定程度后,切削力會(huì)下降。第二十四頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四大量研究結(jié)果還表明:高速切削加工可以通過使用能承受工件材料熔點(diǎn)以上溫度的刀具材料來實(shí)現(xiàn)。提高切削速度可以改善加工表面質(zhì)量。高速切削加工鋁合金是可行的,刀具磨損?。坏咚偾邢骷庸ISI4340鋼,刀具磨損嚴(yán)重。只要解決高速切削過程中嚴(yán)重的刀具磨損和機(jī)床振動(dòng),可以大大提高生產(chǎn)效率,顯著降低生產(chǎn)成本。第二十五頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四在此期間蘇聯(lián)、日本、法國等國的研究人員也相繼做了大量研究,主要包括切屑形成機(jī)理、切削力、加工表面質(zhì)理、切削溫度和刀具磨損等,工件材料為鋁、黃銅、鋼和鑄鐵,刀具材料為高速鋼、陶瓷與硬質(zhì)合金,切削速度1000~45000m/min。研究結(jié)果表明,高速切削加工所形成的切屑形狀、刀具磨損和加工表面質(zhì)量有顯著特點(diǎn),隨切削速度提高,剪切角增加,刀―屑接觸長度減少,切削力降低,改善切削加工性能和表面質(zhì)理,但刀具磨損加速。在切削速度1000~10000m/min范圍內(nèi)加工鋁、黃銅和軟鋼時(shí)沒有出現(xiàn)Salomon理論中的“死區(qū)”。但鋼件的高速切削加工比較困難,主要是當(dāng)時(shí)沒有適合于高速切削加工鋼件的刀具材料。第二十六頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四(2)高速切削加工應(yīng)用基礎(chǔ)研究探索階段(1972~1978年)美國洛克希德導(dǎo)彈與空間公司R.L.King研究小組對(duì)鋁合金和鎳鋁青銅合金進(jìn)行了高速切削加工研究。主要探索高速切削加工用于實(shí)際生產(chǎn)的可行性。銑削實(shí)驗(yàn)研究表明,高速切削加工可以大幅度降低加工時(shí)間,而且由于切削力減小,可以提高加工零件的精度。因此,在生產(chǎn)環(huán)境中應(yīng)用高速切削加工是經(jīng)濟(jì)可行的。第二十七頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四實(shí)驗(yàn)條件的改善使得研究可以更加深入:該公司為高速切削加工實(shí)驗(yàn)研究,改裝成功一臺(tái)數(shù)控銑削加工中心和一臺(tái)數(shù)控立式六角車床。前者主軸轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)整為18000r/min,30000r/min與100000r/min,工作臺(tái)進(jìn)給速度為4.93m/min;后者附加有一個(gè)14.7kW(20HP)、轉(zhuǎn)速為6000r/min的銑頭,最高切削速度可達(dá)3660m/min。在這期間,美國還為該公司研制一臺(tái)帶磨頭附件的數(shù)控高速銑床,功率為18.4kW(25HP),其主軸轉(zhuǎn)速可在1800~18000r/min之間無級(jí)調(diào)速,進(jìn)給速度達(dá)7.6m/min。采用新設(shè)計(jì)的噴霧系統(tǒng)冷卻主軸精密軸承。第二十八頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四在這一階段,還有美國、德國、澳大利亞和印度等國家的學(xué)者繼續(xù)研究用高速鋼、硬質(zhì)合金刀具切削加工鋁合金和碳鋼的切屑形成機(jī)理、切削力和切削溫度等。1977年美國用切削速度高達(dá)1800m/min的銑床進(jìn)行高速切削加工實(shí)驗(yàn)研究,證實(shí)了彈射高速切削加工實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和理論分析結(jié)論。在這一期間的實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)高速切削加工時(shí)產(chǎn)生的熱量大部分被切屑所帶走。第二十九頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四(3)高速切削加工應(yīng)用研究階段(1979~1989年)1979年美國國防高級(jí)研究工程局(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,DARPA)開始一項(xiàng)為期4年的現(xiàn)代加工技術(shù)研究計(jì)劃。該計(jì)劃對(duì)高速切削加工基礎(chǔ)理論、高速切削加工刀具技術(shù)、高速切削加工工藝、激光輔助加工以及經(jīng)濟(jì)可行性等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。第三十頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四主要研究高速車削和銑削及其應(yīng)用。工件材料包括鋼、鑄鐵及鋁、銅、鉛與其合金和鎳基合金等。刀具材料有碳素工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具和立方氮化硼等。切削速度在改裝機(jī)床上達(dá)7600m/min和彈射裝置上達(dá)73000m/min第三十一頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四研究結(jié)果:隨切削速度提高,切削力降低,切削溫度升高至工件材料熔點(diǎn)而沒有出現(xiàn)降低情況,改善加工表面粗糙度但要注意加工中的振動(dòng);除加工鋁合金外,高速切削加工鋼、鐵及其合金、鎳基合金等,刀具均發(fā)生嚴(yán)重重?fù)p,壽命降低;Merchant剪切角方程可用于估算高速切削加工中切屑形成的剪切角。高速切削加工是經(jīng)濟(jì)可行的。統(tǒng)一了在此前研究中主要爭論的問題。第三十二頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1979~1983年在德國政府研究技術(shù)部(MinistryofResearchandTechnology)資助下,由Darmstadt工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)床研究所(PTW)舒爾茨(SchulzH.)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組開展了一項(xiàng)合作研究,主要研究高速銑削加工過程的特點(diǎn)。1981年研制由磁懸浮軸承支持的高速電主軸系統(tǒng),進(jìn)行了高速銑削鋁合金實(shí)驗(yàn)研究,并于1984~1988年間全面深入系統(tǒng)研究了高速銑削鐵族和非鐵族材料的基礎(chǔ)理論、高速切削刀具和機(jī)床技術(shù)、高速切削加工工藝和效率以及高速切削加工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,獲得許多有重要價(jià)值的成果。這一階段對(duì)高速切削加工理論和技術(shù)的卓有成效的研究為該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用奠定了重要的基礎(chǔ)。第三十三頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四(4)高速切削加工技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用階段(1990年至21世紀(jì)初)高速切削加工技術(shù)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的理論和應(yīng)用研究與探索,人們清楚地認(rèn)識(shí)到它在制造業(yè)的市場競爭日益劇烈中的巨大潛力。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后,各工業(yè)發(fā)達(dá)國家陸續(xù)投入到高速切削加工技術(shù)的研究、開發(fā)與應(yīng)用中來,尤其是高速切削機(jī)床和刀具技術(shù)的研究、開發(fā),與之相關(guān)的技術(shù)也得到迅速發(fā)展。第三十四頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四1993年直線電機(jī)的出現(xiàn)拉開了高速進(jìn)給的序幕。新型電主軸高速切削加工中心不斷投入到國際市場。高速切削刀具的材料、結(jié)構(gòu)和可靠的刀具與主軸連接的刀柄的出現(xiàn)與使用,標(biāo)志著高速切削加工技術(shù)已從理論研究進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。1999年機(jī)床最高主軸轉(zhuǎn)速8000~12000r/min2001普遍提高到15000~20000r/min。現(xiàn)在加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~30000r/min,快速進(jìn)給速度為30~60m/min,換刀時(shí)間為3~5s。齒輪機(jī)床的主軸最高轉(zhuǎn)速也已提高到9000~12000r/min。目前已有主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)150000r/min,換刀時(shí)間為(0.7~1.5)s的加工中心。第三十五頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四最近十多年來,高速切削加工理論基礎(chǔ)研究進(jìn)一步深入,取得新的進(jìn)展,主要是鋸齒狀切屑的形成機(jī)理,高速切削加工鈦合金時(shí)的切屑形成機(jī)理,機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性及切削顫振的避免,多種刀具材料加工不同工件材料時(shí)的刀具前刀面、后刀面和加工表面的溫度以及高速切削時(shí)切屑、刀具和工件切削熱量的分配,進(jìn)一步證實(shí)大部分切削熱被切屑帶走。切削溫度的實(shí)驗(yàn)研究表明:現(xiàn)有的刀具材料高速切削加工時(shí),不論是連續(xù)或斷續(xù)切削均未出現(xiàn)Salomon理論中的“死區(qū)”。第三十六頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四現(xiàn)在在工業(yè)發(fā)達(dá)國家,高速切削加工技術(shù)已成為切削加工的主流日益廣泛地應(yīng)用于模具、航空、航天、高速機(jī)車和汽車工業(yè)中。約有(30~50)%的模具公司,用高速切削加工技術(shù),加工放電加工(EDM)電極、淬硬模具型腔等,加工效率高,質(zhì)量好,減少了后續(xù)的手工打磨和拋光工序。第三十七頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四在航空與高速機(jī)車行業(yè),飛機(jī)的骨架與機(jī)翼、高速機(jī)車的車廂骨架均為鋁合金整體薄壁構(gòu)件,都需要切除大量的金屬,從毛坯開始的切除量甚至達(dá)到90%,采用高速切削加工技術(shù),加工時(shí)間縮短到原來的幾分之一。汽車工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金和鑄鐵缸體,廣泛采用高速切削加工技術(shù),大大地提高效率,降低成本。第三十八頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四目前生產(chǎn)中高速切削加工技術(shù)水平大致情況是:粗精加工鋁合金的切削速度為1000~4000m/min,最高達(dá)5000~7500m/min,主要受限于機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速和功率。鑄鐵可高速精和半精加工,速度為500~1500m/min,精銑灰鑄鐵最高可達(dá)2000m/min;鋼可用300~800m/min的速度高速精加工;淬硬鋼(HRC45-65)高速精加工,切削速度為100~500m/min;鋼鐵及其合金的最高切削速度主要受刀具壽命限制。鋁合金鉆孔速度為200~300m/min;模數(shù)1.5的鋼齒輪的滾齒加工速度可達(dá)300~600m/min;可鍛鑄鐵螺紋(M14×1.5)的攻絲速度為60m/min。第三十九頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四國內(nèi)高速切削加工的研究和應(yīng)用我國高速切削加工技術(shù)研究起步較晚.20世紀(jì)80年代,山東大學(xué)切削加工研究組結(jié)合陶瓷刀具材料的研究,比較系統(tǒng)地研究了Al2O3基陶瓷高速硬切削(車和端銑)的切削力、切削溫度、刀具磨損和破損、加工表面質(zhì)量以及刀具幾何形狀等,工件材料包括45鋼、T10A鋼、高速鋼、軸承鋼、模具鋼、滲碳淬硬齒輪鋼等,硬度HRC(50~65),切削速度為100~500m/min,建立了有關(guān)切削力、切削溫度模型、刀具磨損與破損理論、加工表面質(zhì)量變化規(guī)律等。該研究成果1986年在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用至今。第四十頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四20世紀(jì)90年代后,先后相繼研究了模具高速切削加工技術(shù)與策略、涂層刀具、PCBN(立方氮化硼CubicBoronNitride)刀具和陶瓷刀具高速切削鑄鐵和鋼的切削力、刀具磨損壽命、加工表面粗糙度等。其他研究院所第四十一頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四沈陽工業(yè)學(xué)院和重慶大學(xué)研究了高速切削機(jī)理;天津大學(xué)和大連理工大學(xué)研究了高速硬切削機(jī)理;上海交通大學(xué)與有關(guān)工廠研究了鈦合金高速銑削工藝、薄壁件高速銑削精度控制、鋁合金高速銑削表面的溫度動(dòng)態(tài)變化規(guī)律;廣東工業(yè)大學(xué)研究了高速主軸系統(tǒng)和快速進(jìn)給系統(tǒng);東北大學(xué)研究了高速磨削技術(shù);成都工具研究所研究了高速切削刀具的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化,沈陽理工大學(xué)(原為沈陽工業(yè)學(xué)院)研制成功了高速立式銑床和高速鋸床,并在其上做了很多試驗(yàn)。第四十二頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四我國高速切削的水平“九五”期間我國高速、高效、高精度數(shù)控機(jī)床技術(shù)指標(biāo)有了大幅度的提高,加工中心主軸轉(zhuǎn)速普遍提高到8000r/min,最高可達(dá)12000r/min,數(shù)控車床提高到4000~6000min,快速進(jìn)給速度提高到30m/min,最高達(dá)40m/min,加工中心換刀時(shí)間減少到1.5~3s。目前主要差距在于機(jī)床關(guān)鍵功能部件的研究開發(fā)落后于市場需求,如轉(zhuǎn)速20000r/min以上的大功率剛性主軸、無刷環(huán)形扭矩電機(jī)、大行程直線電機(jī)、快速響應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)等技術(shù)尚未掌握。各工業(yè)部門所需的高速加工中心基本上還是依賴進(jìn)口,并已從國外引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的高速加工中心。第四十三頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四我國高速切削加工技術(shù)最早應(yīng)用于轎車工業(yè),20世紀(jì)80年代后期,相繼從德國、美國、法國、日本等國引進(jìn)了多條具有先進(jìn)水平的轎車數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)線,如從德國引進(jìn)的具有90年代中期水平的一汽大眾捷達(dá)轎車和上海大眾桑塔納轎車自動(dòng)生產(chǎn)線,其中大量應(yīng)用了高速切削加工技術(shù)。生產(chǎn)線所用刀具材料以超硬刀具為主,依靠進(jìn)口。第四十四頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四采用聚晶立方氮化硼(PCBN)、Si3N4基陶瓷、金屬陶瓷、TiCN涂層刀具加工高強(qiáng)度鑄鐵件,銑削速度達(dá)2200m/min;采用聚晶金剛石(PCD)、超細(xì)硬質(zhì)合金刀具加工硅鋁合金鑄件,銑削速度達(dá)2200m/min,鉆、鉸削速度達(dá)80~240m/min;采用Si3N4基陶瓷、金屬陶瓷、TiCN涂層刀具加工精鍛結(jié)構(gòu)鋼件,車削速度達(dá)200m/min;采用Co粉末冶金高速鋼(表面TiCN涂層)整體拉刀、滾刀、剃齒刀以及硬質(zhì)合金機(jī)夾專用拉刀加工各種精鍛鋼件、鑄鐵件、拉削速度達(dá)10~25m/min,滾齒速度達(dá)110m/min,剃齒速度達(dá)170m/min。大大提高了生產(chǎn)效率和加工精度。第四十五頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四近年來,我國航天、航空、汽輪機(jī)、模具等制造待業(yè)引進(jìn)了大量加工中心和數(shù)控鏜銑床,都不同程度地開始推廣應(yīng)用高速切削加工技術(shù),其中模具行業(yè)應(yīng)用較多。例如上海某模具廠,高速銑削高精度鋁合金模具型腔,半精銑采用主軸轉(zhuǎn)速18000r/min,切削深度2mm,進(jìn)給速度5m/min;精銑采用20000r/min,切削深度0.2mm,進(jìn)給速度8m/min,加工周期為6h,質(zhì)量完全滿足客戶要求。原制造工藝包括手工鏟刮和手工拋光,制造周期60h,仍無法滿足客戶要求。該廠在輪胎模具的加工中,需要加工一種型芯,工件材料為可加工塑料,外形類似于一個(gè)汽車輪胎,上面刻滿了各種輪胎花紋。傳統(tǒng)方法加工時(shí),需經(jīng)歷十幾道工序,全部用手工完成,一般的輪胎花紋加工,需14天左右,而對(duì)復(fù)雜的輪胎花紋,需加工20天以上,質(zhì)量仍無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求?,F(xiàn)采用高速銑削加工,主軸轉(zhuǎn)速為18000r/min,切削深度2mm,進(jìn)給速度10m/min,加工時(shí)間24h,型芯質(zhì)量滿足加工要求。第四十六頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四我國高速切削刀具材料也有了很大的發(fā)展,但還沒有形成自己特色的高速切削刀具制造體系。雖然在我國,高速切削加工技術(shù)的研究和應(yīng)用仍處于初步階段,正在發(fā)展和推廣之中,但作為面向21世紀(jì)的一種先進(jìn)制造技術(shù),有著非常強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。第四十七頁,共五十二頁,編輯于2023年,星期四高速切削機(jī)理的研究狀況
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