一、概述
机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿化，切削加工的发展方向是高速切削加工，在发达国家，它正成为切削加工的主流。50年来，切削技术的极大进步说明了这一点：今天切削速度高达8000m/min，材料切除率达150～1500cm3/min，超硬刀具材料硬度达3000～8000HV，强度达1000Mpa，加工精度从10µm到0.1µm。干(准)切削日益广泛应用。随切削速度提高，切削力降低大致为25～30%以上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降低1～2级；生产效率提高，生产成本降低。 数控切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备，在数控加工技术的带动下，进入了“数控刀具”的发展阶
段，显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。
显而易见，在21世纪初，尽管近净成形技术、堆积成形技术是非常有前途的新工艺，但切削加工作为制造技术主要基础工艺的地位不会改变。从当前制造业发展的趋势中可以看到，制造业发展和人类社会进步对切削加工提出的双重挑战，这也是21世纪初切削加工技术发展的主要趋势。
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
因此，发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。当代的高速切削不是切削速度的少量提高，是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上，包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步，才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高，才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。把当前的高速切削水平实用化，使我国机加工整体切削效率提高1～2倍，缩小与工业发达国家的差距，是我国从事切削加工与刀具技术的专业人员在新世纪的努力目标和面临的重大挑战。
硬切削是高速切削技术的一个应用领域，即用单刃或多刃刀具加工淬硬零件，它比传统的磨削加工有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点，已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车业，用cbn刀具加工20crmo5淬硬齿轮(60hrc)内孔，代替磨削，表面粗糙度可达0.22μm，已成为国内外汽车行业推广的新工艺。
长期以来，难加工材料如奥氏体不锈钢、高锰钢、淬硬钢、复合材料、耐磨铸铁等一直是切削加工中的难题，切削效率低，刀具寿命短。随着制造业的发展，在21世纪这些材料的用量将迅速增加，加工的矛盾将更加突出。与此同时，产品的材料构成将不断优化，新的工程材料也不断问世，而每一种新型材料的采用都对切削加工提出了新的要求。如在切削加工比较集中的汽车工业，其发动机、传动器零件中的硅铝合金的比例在持续增加，并开始引入镁合金和新的高强度铸铁，以减轻汽车的重量和节省能耗。又如在航空航天工业，钛合金、镍基合金以及超耐热合金、陶瓷等难加工材料的应用比例和加工难度也都将进一步增加。能否高效加工这些材料，直接关系到我国汽车、航空航天、能源等重要工业部门的发展速度和制造业的整体水平，是对切削技术的最大挑战。我们必须从现在开始探索，以从根本上解决难加工材料大量使用及其品种性能多样化带来的世纪性难题，创新加工技术，开发包括激光在内的新的“刀刃”和加工方法满足制造业的需求
羟基氧化钴 进入21世纪以后，产品多样化和个性化的趋势进一步加剧，制造业的产品更新速度会大大加快。每一种新产品的开发都意味着零件功能、结构、材料的重大变更，也是对切削加工提出的开发任务，就像大家熟知的如螺杆泵、等速万向节、底径定心的花键、电子工业印刷线路板等产品，无不反映着切削技术和刀具的成果。今后随着产品更新速度的加快，将构成对切削加工新的挑战。不仅如此，当前利用切削加工的柔性及现代切削加工和刀具技术的成果，革新零件加工方法，显示出投入少、产出大、见效快的特点。正如在上世纪九十年代新建的轿车发动机、传动器生产线上所集中展示的那样：缸体孔系的整体硬质合金钻削工艺、缸盖的金刚石高速铣削工艺、同步器齿轮的筒式拉削工艺等新的加工工艺，使新建生产线的生产节拍时间缩短、产品质量提高，投资大量减少，充分显示出切削加工的巨大潜力。在这种背景下，制造业对切削加工新技术、新产品的需求在现在将达到空前的高度，这既是对切削技术的挑战，也是对我国切削行业陈旧体制的挑战。
图1 不同材料的高速切削加工速度范围
束身带
高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。
高速切削技术在国内起步较晚，20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切削淬硬钢并在生产中应用，其后引起对高速切削加工的普遍关注，目前主要还是以高速钢、硬质合金刀具为主，硬质合金刀具切削速度≤100～200m/min，高速钢刀具在40m/min以内。 但在汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济效益。
乳化液泵二、高速切削加工理论基础
1. 切屑形成特征
不同材料在不同状态下的切屑形态见图2及图3。
(a) 供货状态，切削速度127.2m/min
连续带状切屑(D.LEE)
(b) 硬度325HB，切削速度125.5m/min
锯齿状切屑
(c)硬度325HB，切削速度250m/min
锯齿状切屑
(d)硬度325HB，切削速度2600m/min
即将分离的锯齿状切屑
图2 高速切削不同状态AISI4340钢(40CrNiMoA)时的切屑形态(纵截面微观照片)
图3 切削渗碳淬硬20CrMnTi钢(HRC60～62)在100～110m/min时的切屑形貌
工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起主要作用，其中工件材料及其性能有决定性的影响。 一般低硬度和高热物理性能KρC(导热性K、密度ρ和比热容C的乘积)的工件材料如铝合金、低碳钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围内容易形成连续带状切屑。
硬度较高和低热物理特性KρC的工件材料，如热处理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在很宽的切削速度范围均形成锯齿状切屑，随切削速度的提高，锯齿化程度增高，直至形成分离的单元切屑。
2) 切削力学
图4 直角切削时剪切角和前刀面受力简图
图5 高速切削4340钢(40CrNiMoA)时剪切角φ的计算值与测量值的比较(Recht)
图中Fs为剪切力，Fm为高速切削时切屑动量改变所需的作用力；Ff为作用在后刀面上的摩擦力。
剪切角φ和摩擦系数μ(=tgβ)的关系可用Merchant公式估算
实验证明在高速切削时计算的φ角与测量的结果有良好的一致性。
在高速切削范围内，随切削速度提高，摩擦系数减少，剪切角φ增大，切削力降低。
珠片绣图6 Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45钢时的切削力
图7 切削时热的产生与传出
3)切削热和切削温度
切削时的热量主要来自剪切变形功、刀-屑和刀-工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工件和刀具传出去，周围介质传出小于1%。
图8 立铣铝合金时，流入各部分的切削热量
图9 Al2O3基陶瓷刀具端铣淬硬钢T10A(HRC58～65)时的切削温度
切削速度对切削温度的影响试验结果。随切削速度的提高，开始切削温度升高很快，但达到一定速度后，切削温度的升高逐渐缓慢，甚至很少升高。
4) 表面粗糙度
随V增加，加工表面粗糙度有所减少。实验用的ACE－V500加工中心最高转数为10000r/min，其一段和二阶固有频率分别为50Hz(3000r/min)和113Hz(6780r/min)。
图10 涂层立铣刀铣削沟槽时转速对加工粗糙度的影响
氟苯尼考琥珀酸钠
二、高速切削的优点
高速切削技术由于切削速度的大幅度提高，明显地提高了切削加工的生产效率，同时由于切削条件的改变，和常规切削相比，高速切削具有下列优点。
(1)显著提高材料切除率
随切削速度的大幅度提高，进给速度也相应提高5～10倍。这样，单位时间内的材料切除率可大大增加，可达到常规切削的3～ 5倍，甚至更高。同时机床快速空程速度的大幅度提高，也大大减少了非切削的空行程时间，从而极大地提高了机床的生产率。
>纬编针织布
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议