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课题
第九课先进制造工艺技术(四)
课时
2课时(90min)
教学目标
知识技能目标:
(1)掌握超高速加工技术的基本概念及特点
(2)了解超高速切削加工和超高速磨削加工的关键技术
(3)了解超高速加工技术的应用
素质目标:
培养作为一名机械专业技术人员必须具备的刻苦专研和锲而不舍的学习精神,严谨的科学态度和积极向上的价值观,为未来的专业深造和工作奠定坚实的基础
教学重难点
教学重点:超高速加工的概念和特征,超高速切削加工和超高速磨削加工的关键技术,超高速加工技术的应用
教学难点:超高速切削加工和超高速磨削加工的关键技术
教学方法
案例分析法、问答法、讨论法、讲授法
教学用具
电脑、投影仪、多媒体课件、教材
教学过程
主要教学内容及步骤
考勤
【教师】使用APP进行签到
【学生】按照老师要求签到
新课预热
【教师】讲一些先进制造技术的案例
【学生】聆听、记录、理解
问题导入
【教师】提出以下问题:
你知道什么是超高速加工技术吗?
【学生】聆听、思考、举手回答
传授新知
【教师】通过大家的发言,引入新的知识点,讲解超高速加工的基本概念及特点,超高速切削加工的关键技术,超高速磨削加工的关键技术,以及超高速加工技术的应用等知识
3.4超高速加工技术
3.4.1超高速加工的概念和特征
1.超高速加工的概念
超高速加工是一个相对的概念,由于不同的加工方式和不同的工件材料具有不同的超高速加工范围,因此很难就超高速加工的速度给出一个明确的定义。概括地说,超高速加工技术是采用超硬材料的刀具、磨具和能可靠地实现高速运动的自动化制造设备,以极高的切削速度,极大地提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术。
【教师】利用多媒体展示“萨洛蒙曲线”图片,并进行讲解
德国切削物理学家萨洛蒙(Salomon)于1931年提出的著名切削理论认为:一定的工件材料对应有一个临界切削速度,在该切削速度下其切削温度最高。在常规切削速度范围内(图中A区),切削温度随着切削速度的增大而提高;当切削速度达到临界值VL后,随着切削速度的增大,切削温度反而下降。该切削理论给人们一个重要的启示:如果切削速度能超越切削“死谷”(图中B区)在超高速区内(图中C区)进行切削,则有可能用现有的刀具进行高速切削,从而能大大减少切削工时,成倍地提高机床的生产率。
2.超高速加工的特征
【教师】提出问题:
你知道超高速加工有哪些特征吗?
【学生】聆听、思考、举手回答
【教师】总结学生的回答,并讲解新知
(1)工件热变形小
在超高速加工中,由于切屑在极短时间内被切除,绝大部分切削热被切屑带走,因此,工件的温度并不高,同时还可避免热应力、热裂纹等表面缺陷。
(2)材料切除率高
超高速加工在提高切削速度的同时,可相应提高进给速度,从而显著提高材料的切除率。例如,在超高速铣削中,保持切削厚度不变,进给速度可比常规铣削提高5~10倍,从而达到较高的材料切除率。
(3)切削力、磨削力小
在切削方面,随着加工速度的提高,剪切变形区域变窄,剪切角增大,变形系数减小,切屑流出速度快,切削力可比常规切削降低30%~90%。
在磨削方面,随着砂轮速度的提高,单位时间内参与磨削的磨粒数量增加,单个磨粒的磨削厚度变小,单个磨粒所承受的磨削力变小,总磨削力随之大大降低。
(4)工件加工精度高
超高速加工具有高切削速度和高进给率,可使机床的激振频率远高于机床-工件-刀具系统的固有频率,加工过程更加平稳,振动小,有利于实现高精度、低粗糙度加工。
(5)简化工艺流程
高速切削可使工件加工集中在一道工序内完成,简化了工艺流程,降低了生产成本,其经济效益十分可观。
3.4.2超高速切削加工的关键技术
1.超高速切削刀具
(1)超高速切削的刀具材料
目前,超高速切削刀具材料最主要的要求是高温时的力学性能、热物理性能、抗黏结性能、化学稳定性能、抗热冲击性能,以及抗涂层破裂性能等。适合于超高速切削的刀具主要有以下几种:
①涂层刀具。涂层刀具是在韧性较好的基体上涂覆金属化合物薄膜,将刀具基体与硬质涂层结合,使刀具获得更好的表面硬度和优良的切削性能。刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、金属陶瓷等。涂层既可以是单涂层、双涂层或多涂层,也可以是几种涂层材料复合而成的复合涂层。涂层材料主要有氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN)、碳氮化铝钛(TiAlCN)等。
②金属陶瓷刀具。金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金黏结相组成的结构材料。金属陶瓷具有较高的室温硬度、高温硬度及良好的耐磨性。金属陶瓷刀具就是用金属陶瓷材料制得的刀具,它可在300~500m/min的切削速度范围内高速精车钢或铸铁。
③聚晶金刚石(PCD)刀具。
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