第十章 高速切削.pptVIP

第十章 高速切削 目前世界各国尚未统一对高速切削速度范围的认识，但通常把切削速度比常规高出5～10倍以上的切削加工称为高速切削。德国Darmstadt工业大学的研究给出了七种材料的高速加工的速度范围：铝合金2000～7500m/min；铜合金900～5000 m/min；铸铁800～3000 m/min；钢600～3000 m/min；超耐热镍基合金80～500 m/min；钛合金150～1000 m/min；纤维增强塑料为2000～9000 m/min。此外，高速加工的切削速度也可按工艺方法划分，分别是车削700～7000 m/min；铣削300～6000 m/min；钻削200～1100 m/min；磨削150m／s以上。 高速加工目前已可覆盖大多数工程材料，可加工各种表面形状的零件，可由毛坯一次加工成成品，并实现精密甚至超精密加工。高速磨削可实现小的磨粒切深，使陶瓷等硬脆材料不再以脆性断裂形式、而是以塑性变形形式产生切屑，使磨削表面质量提高。对镍基合金、钛合金等难加工材料也会在高应变率的作用下而改善其切削加工性能，从而得到高的加工质量。国外有学者认为，如果把数控技术看成是现代制造技术的第一个里程碑，那么高速加工技术就是现代制造技术的第二个里程碑；高速加工技术与精密超精密加工、高能束加工和自动化加工共同构成了当今四大先进加工技术。 切削力学理论分析表明，切削时切削力与工件的剪切强度、切削面积、刀具前角、后刀面与工件的摩擦系数以及剪切角有关，而剪切强度和摩擦系数直接受切削温度，也即受切削速度的影响，剪切角则与切削速度相关。因此，切削速度直接影响切削力的大小。在高速切削范围内随切削速度增加，切削温度升高，摩擦系数减小，剪切角增大，切削力降低。切削时产生的热量主要流入刀具、工件和被切屑带走。随切削速度的提高，切屑带走的热量增加。因此，高速切削范围内，随切削速度提高，切削温度开始升高很快，但当切削速度达到一定后，因切屑带走的热量随切屑深度提高而增加，切削温度上升缓慢，直至很少有变化。? 高速切削时，刀具的损坏形式主要是磨损和破损，磨损的机理主要是粘结磨损和化学磨损（氧化、扩散、溶解）。金刚石、立方氮化硼和陶瓷刀具高速断续切削高硬材料时，常发生崩刃、剥落和碎断形式的破损。高速切削时，对以磨损为主损坏的刀具可以按磨钝标准，根据刀具磨损寿命与切削用量和切削条件之间的关系确定刀具磨损寿命。对于以破损为主损坏的刀具，则按刀具破损寿命分布规律，确定刀具破损寿命与切削用量和切削条件之间的关系。例如对钛及钛合金的切削加工目前选用的刀具材料以?YG?(?K?）类硬质合金为主，精细?TIN?涂层硬质合金刀具、?PCD?刀具高速切削加工钛及钛合金的加工效果远好于普通硬质合金；天然金刚石刀具的加工效果更好，但其应用受加工成本制约。加工钛合金，还广泛应用车铣复合加工。车铣复合加工改善了刀具散热条件，降低了切削温度并减少了刀具磨损，从而可在较高的速度下切削加工钛及钛合金。 2.高速切削加工刀具材料的种类 要实现高速切削.刀具材料是关键。日前国内外用于高速切削的刀具主要有：聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具、涂层刀具、聚晶金刚石(PCD)刀具、陶瓷刀具、和TiC(N)基硬质合金刀具等。它们各有特性。适应不同的工件材料和不同的切削速度范围。 面向高速切削的切削刀具 适用于高速切削的刀具材料： 涂层硬质合金、金属陶瓷、刀具陶瓷、CBN及PCD 高速切削的特征 提高单位时间的切除量，降低产品的制造时间 （常规铣削） （高速铣削） 后续工作 精加工 半精加工 粗加工 加工准备 设计 高速切削的特征 提高加工表面质量 行距 行距 实际轮廓 要求轮廓 加工余量 行距 高速切削的特征 降低切削力 （切削速度） （主切削力） （用PCD刀具材料车削铝合金） 高速切削的特征 减少传递给工件的热量 切屑和接触面之间的接触区域产生的高温会导致温度效应并降低工件材料变形的阻力 剪切角增大 切削热大部分由切屑快速带走 避免积屑瘤的产生 工件 后刀面 刀具 前刀面 接触区 高速切削的剪切角 常规切削的剪切角 高速切削的优点 高单位时间切除率，降低加工成本 高加工表面质量，提高加工精度 低切削力，降低加工系统力变形 高激励频率，避免自激振荡 切削热由切屑带走，减少工件热变形 减少后续工序 ，降低加工成本 第三节、高速切削加工的结构体系 高速切削加工技术是在机床结构及材料、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC控制系统、机床设计制造技术、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测试技术、高速切削加工理论、高速切削加工工艺