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打火机的金属外壳冲压工艺及其模具设计,打火机金属外壳,冲压模具设计,冲压工艺及模具设计,金属外壳冲压,的金属外壳冲压

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中原工学院一、本课题所涉及的内容国内(外)研究现状综述 模具作为提高生产率，减少材料和消耗，降低产品成本，提高产品质量和市场竞争力的重要手段，已越来越受到各工业部门的重视。随着工业技术不断向前发展，要求模具在更苛刻、更高速度的工作条件下，对模具的精度越来越高，使用寿命越来越长。为了满足这些要求，国内外都在模具材料的研究和开发上作了巨大的努力，也在这方面取得了不少成果。改革开放以来，随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。1.冲压模具市场现状在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。目前世界上模具工业的年产值约为680亿美元。我国2004年模具产值为530亿元，模具出口4.91亿美元，同时还进口18.13亿美元。我国已成为世界上净出口模具最多的国家。大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比，仍有很大差距，特别是模具寿命低的问题非常突出。如：国外硅钢片冲模总使用寿命在500万次以上，而国内一般为50万-60晚次，最高150万次。国内热锻模使用寿命50万次，国内只有3-5万次。国外热锻模使用寿命12000次以上，国内一般为3000-5000次。影响模具寿命的因素较多，但模具材料是重要因素。高寿命模具离不开优质模具材料。进出口贸易有几个具体情况必须说明：一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率；二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在国际市场的前景看好，2005年冲压模具出口达到1.46亿美元，比2004年增长94.7%就可说明这一点；三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。2、冲压模具水平状况(1)、 模具CAD/CAE/CAM水平现状21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等都具有自主知识产权，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。同时在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。(2)、 模具设计与制造水平现状近几年来，随着工业和高科技产业的飞速发展，我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都存在较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用。（3）、模具专业化程度现状尽管我国冲压模具取得理较大的发展，但模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。2004年，模具进出口之比为3.71，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户却大都不在本地，这就对专业化产生了很多不利影响。二、冲压模具的发展趋势随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。冲压模具的发展应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定，应满足模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。模具产品将向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方向发展；模具生产将朝着信息化、无图化、精细化、自动化方向发展；模具企业将向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。其发展趋势将在以下方面体现。1、 模具CAD/CAM/CAE技术将全面推广应用模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化、网络化和信息化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。2、提高冲压模具标准化和专业化生产水平模具的标准化和专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。3、发展高速加工和高精度加工国外近年来发展的高速加工和高精度加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1m以下和表面粗糙度Ra0.1m的各种精密加工。高速加工和高精度加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。4、发展模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用。5、 模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。6、产品生产周期短模具的质量、周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将周期放在首位，要求模具尽快交货，因此模具生产周期将继续不断缩短。7、新的生产理念随着模具企业设计和加工水平的提高，过去以钳工为核心，大量依靠技艺的现象已有了很大变化。在某种意义上说： “模具是一种工艺品”的概念正在被“模具是一种高新技术工业产品”所替代，模具“上下模单配成套”的概念正在被 “只装不配的概念所替代。模具正从长期以来主要依靠技艺而变为今后主要依靠技术。这不但是一种生产手段的改变，也是一种生产方式的改变，更是一种观念的改变。这一趋向使得模具标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促使整个模具工业水平不断提高。在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。通过改革与发展，采取各种有效措施，引进和吸收国外先进冲压模具设计制造技术，不断创新，我国冲压模具水平也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。参考文献：1.周永泰.我国冲压模具的现状与发展J.锻造与冲压，2005(4)：18-20，32-342.刘胜国.我国冲压模具技术的现状与发展J.黄石理工学院学报，2007，23(1)：12-153.马思臣.现代模具工业发展述评J机械工程师，2006(3)：23-24.常世平.中国汽车模具的铁肩重担J.现代制造，2006(5)：185. /news/html/news_Info82_097918517_7.html2本课题有待解决的主要关键问题此次设计主要是打火机金属外壳的冷冲压模具设计展开的，通过对打火机金属外壳的冷冲压模具设计，进一步熟悉冲压模具的设计流程运用落料、冲孔、弯曲等冲压工序设计冷冲压成形模具。通过近断时间查阅资料和毕业调研，我对本课题的主要设计意图有了一定的了解，认真分析了要完成的设计任务，本课题要解决的关键问题主要包括以下三点：1.对零件进行工艺分析，进行冲压工艺方案及模具结构方案设计；2.对冲压模具零部件工艺参数进行参数选择及验算；3.确定冷冲压加工工艺方案，绘制冲压模具装配图和零件图。3对课题要求及预期目标的可行性分析 (包括解决关键问题技术和所需条件两方面)本课题需要运用机械、材料成形、冷冲压模具、计算机二、三维设计等多学科的知识，需要相当广阔的知识面和较高的专业水平。具体解决方法包括以下几个方面：1.在课题研究初期，我借阅了大量有关冷冲压模具设计制造方面的书籍，同时在互联网上搜索了大量关于冲压模具的资料与论文。2.深入工厂进行课题调研，了解模具设计实际工作中需要考虑的问题。虚心向工人师傅们请教本课题中遇到的不解之处，为以后的设计提供资料和积累宝贵经验，避免走不必要的弯路。同时，虚心向专业老师请教设计过程中遇到的问题。3.通过所学知识和大量查阅资料对零件进行工艺分析和工艺参数计算，根据零件所需冷冲压工序设计出复合冲压模具。同时运用AutoCAD绘制二维模具装配图和零件图。4完成本课题的工作计划及进度安排2.163.1 毕业实习；3.23.31 方案论证，确定方案，完成调研报告、开题报告和外文翻译；4.14.10 进行冲压工艺方案及模具结构方案设计（第九周中期检查）；4.115.11 冲压加工工艺草案，复合冲压模具草图，主要零部件设计，按学院规定的统一规范化要求撰写设计说明书（完成初稿）；5.125.17 审查设计，准备答辩；5.185.24 答辩资格评审；5.255.27 毕业答辩； 5.285.30 修改毕业设计。5指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日6指导小组意见 指导小组组长(签字)： 年 月 日说明：1. 本报告前4项内容由承担毕业论文(设计)课题任务的学生独立撰写；2. 本报告必须在第八学期开学两周内交指导教师审阅并提出修改意见；3. 学生须在小组内进行报告，并进行讨论；4. 本报告作为指导教师、毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题和是否按时完成进度的检查依据，并接受学校的抽查。7制造工程与技术1.切削加工性一种材料的切削加工性通常从四个方面来定义：1、已切削部分的表面光洁度和表面完整性。2、刀具的寿命。3、切削力和切削的功率需求。4、切屑控制。由上述可知，好的切削加工性指的是好的表面光洁度和完整性，长的刀具寿命，低切削力和功率需求。至于切屑控制，细长而卷曲的切屑，如果没有及时清理，就会在切削区缠绕，严重影响切削工序。由于切削工序的复杂性，因此很难建立一个定量确定一种材料切削加工性的关系式。在制造厂里，刀具寿命和表面粗糙度通常被认为是切削加工性中最重要的影响因素。尽管切削性能指数使用的并不多，但基本的切削性能指数在下面的材料中仍然被使用。2.钢的切削加工性因为钢是最重要的工程材料之一（如第5章所示），所以它的切削加工性已经被广泛地研究过。通过加入铅和硫磺，可以使钢的切削加工性得到大幅度地提高。从而得到了所谓的高速切削钢。二次硫化钢和二次磷化钢 硫在钢中形成硫化锰夹杂物（第二相粒子），这些夹杂物在第一剪切区形成应力集中元。其结果是使切屑容易断开而变小，从而改善了切削加工性。这些夹杂物的大小、形状、分布和集中程度显著的影响切削加工性。化学元素如碲和硒，其化学性质与硫类似，在二次硫化钢中起杂质改性作用。钢中的磷有两个主要的作用。第一它加强铁素体，增加硬度。越硬的钢，就会对切屑的形成和表面光洁度越有利。需要注意的是软钢是很难加工的，因为软钢加工容易产生积削瘤而且表面光洁度差。第二个作用是硬度增加会引起短切屑的形成而不是连续细长的切屑的形成，因此提高切削加工性。铅钢 钢中高含量的铅在硫化锰杂质尖端析出。在非二次硫化钢中，铅呈细小而分散的颗粒。铅在铁、铜、铝和它们的合金中是不能溶解的。由于它的低抗剪强度，铅在切削时充当固体润滑剂，被涂在刀具和切屑的分界处。这一特性已经被证实-在切削加工铅钢时，在刀具横向表面的切屑上有高浓度的铅存在。当温度足够高时例如，在高的切削速度和进刀速度下铅在刀具前直接熔化，并且充当液体润滑剂。除了这个作用外，铅还可以降低第一剪切区中的剪应力，减小切削力和降低功率消耗。铅能用于各种型号的钢，例如10XX，11XX，12XX，41XX等等。铅钢由型号中第二和第三数码中的字母L识别（例如，10L45）。（需要注意的是在不锈钢中，字母L指的是低碳，这是提高不锈钢耐腐蚀性的先决条件）。然而，因为铅是众所周知的毒素和污染物，因此在钢的使用中存在着严重的环境隐患（在钢产品中每年大约有4500吨的铅消耗）。于是，消除铅在钢中使用是一个必然的趋势（无铅钢）。铋和锡现正作为最可能替代钢中铅的物质而被人们所研究。脱氧钙钢 一个重要的发展是脱氧钙钢，在脱氧钙钢中可以形成硅酸钙的氧化物片。这些片状物，可以减小第二剪切区中的应力，降低刀具和切屑分界处的摩擦和磨损。温度也相应地降低。于是，这种钢产生更小的月牙洼磨损，特别是在高速切削时更是如此。不锈钢 通常奥氏体钢很难进行切削加工。振动可能是一个问题，这必需要求机床有足够的刚度。然而，铁素体不锈钢有很好的切削加工性。马氏体钢易磨蚀，易于形成积屑瘤，并且要求刀具材料有高的热硬性和耐月牙洼磨损性。经沉淀硬化的不锈钢强度高、磨蚀性强，因此要求刀具材料硬度高而耐磨。钢中其它元素对切削加工性能的影响 钢中铝和硅元素的存在总是有害的，因为这些元素结合氧会生成氧化铝和硅酸盐，而氧化铝和硅酸盐硬度高且具有磨蚀性。这些化合物会加快刀具磨损，降低切削加工性。因此生产和使用净化钢是非常必要的。根据它们的构成，碳和锰在钢的切削加工性方面有各种不同的影响。低碳钢（少于0.15%的碳）容易形成积屑瘤而使毛坯的表面光洁度很低。铸钢的切削加工性和锻钢的大致相同，但铸钢更容易磨蚀。工具钢和模具钢很难用于切削加工，通常是在切削加工之前进行退火处理。大多数钢的切削加工性在冷加工后都有所提高，冷加工能使材料变硬而减少积屑瘤的形成。其它合金元素，例如镍、铬、钼和钒，能改善钢的特性，而通常会钢减小切削加工性。硼的影响可以忽视。气态元素比如氢和氮在钢的特性方面有特别有害的影响。氧已经被证明了在硫化锰夹杂物的纵横比方面有很强的影响。含氧量越高，纵横比越低且切削加工性越好。在选择各种元素以改善切削加工性时，我们应该考虑这些元素对已加工零件在使用中的性能和强度的不利影响。例如，当温度升高时，铅会使钢变脆（液态金属的脆化，热缩性，见1.4.3节），尽管其在室温下对机械性能没有影响。由于硫化铁的构成，硫元素能严重的降低钢的热加工性，除非有足够的锰元素来防止这种结构的形成。在室温下，二次硫化钢的机械性能取决于变形的硫化锰夹杂物的定位（各向异性）。二次磷化钢具有更小的延展性，被单独生成来提高切削加工性。3.其它不同金属的切削加工性尽管越软的材料更易于生成积屑瘤而导致很差的表面光洁度，但铝通常很容易进行切削加工。这需要高的切削速度，高的前角和后角。铸铝合金和高含量硅的锻铝合金可能具有磨蚀性，它们要求刀具材料硬度更高。在加工铝材料的工件时尺寸公差控制可能会是一个难题，这是因为它具有高热膨胀系数和相对较低的弹性模数。铍和铸铁相似。由于它更具磨蚀性和毒性，于是它需要在可控环境下进行加工。灰铸铁通常是可进行切削加工的，但也有磨蚀性。铸件中的游离碳化物降低它们的切削加工性，容易导致刀具破裂或裂口，因此它需要具有强韧性的刀具。在刀具具有足够硬度的情况下球墨铸铁和可锻铸铁是可加工的。钴基合金有磨蚀性和高度的加工硬化性。这要求刀具必须锋利而且具有耐蚀性，并且在加工时进给速度要低。铸铜合金是很容易进行切削加工的，与此相反的是锻铜因为容易产生积屑瘤而很难进行切削加工。黄铜易进行切削加工，特别是在添加了一定量铅的情况下更容易。而青铜比黄铜更难进行切削加工。镁是很容易加工的，加工后的镁件具有很好的表面光洁性而且使加工零件的刀具寿命更长。然而，因为镁极易氧化而燃烧（这种元素易燃），因此我们应该要特别小心的使用它。钼有很好的延展性和加工硬化性，因此加工后它的表面光洁性很差。所以锋利的刀具是很很有必要的。镍基合金具有加工硬化性和磨蚀性，且在高温下非常坚硬。它的切削加工性和不锈钢相似。钽具有非常好的加工硬化性，延展性和柔性。加工后零件的表面光洁性很差且刀具磨损非常大。钛和钛的合金导热系数很低(的确，是所有金属中最低的)，因此在加工时会引起明显的温度升高和还会产生积屑瘤。它们是很难进行切削加工的。钨易脆，坚硬，且具有磨蚀性，因此尽管它的性能在高温下能大幅提高，但它的切削加工性仍很低。锆切削加工性很好。然而，因为有爆炸和起火的危险，锆在加工时要求切削液冷却性能非常好。4.各种材料的机加工性石墨具有磨蚀性。它要求刀具硬度高、锋利和具有一定的耐蚀性。热塑性塑料通常热导性都很差且弹性模数小、软化温度低。因此，加工热塑性塑料时要求刀具具有正前角（以此降低切削力），较大的后角，较小的切削和进给深度，相对较高的切削速度和适当的工件支承。另外还要求刀具应当足够锋利。切削区外部的冷却也是很必要的，这可以防止切屑变的有黏性而粘在刀具上。实现冷却通常是利用空气流，汽雾或水溶性油。在切削加工时，可能会产生残余应力。为了减小这些应力，已加工的部分需要在 （ ）的温度范围内进行一段时间的退火，然后缓慢而均一地冷却到室温。热固性塑料在切削时易脆，并且对热梯度很敏感。它的切削加工性能和热塑性塑料的基本相同。由于有纤维状切屑的存在，加固塑料具有很强的磨蚀性而且很难进行切削加工。切屑的撕裂、拉长和边界分层是非常严重的几个问题。它能导致组件的承载能力大大下降。而且，这些材料的切削加工需要对加工碎屑进行仔细清理，从而避免接触而吸入纤维。随着纳米陶瓷（见8.2.5节）的发展和适当的参量处理的选择，例如塑性切削（见22.4.2节），陶瓷器的切削加工性能已大大地提高了。金属基复合材料和陶瓷基复合材料很难进行切削加工，它们依赖于独立部件的特性，也就是包括基质材料在内纤维或金属须的增强。5.热辅助加工有些在室温下很难进行切削加工的金属和其合金在高温下却能更容易地进行加工。在热辅助加工时（高温切削），热源一个火源，感应线圈，高能束流（例如雷射或电子束），或等离子弧被集中在切削刀具前的一块区域内。作用是：（a）降低切削力。（b）增加刀具寿命。（c）减少切削刀具材料使用成本。（d）提高材料切除率。（e）减少振动。也许很难在工件内加热和保持均一的温度分布。而且高温可能会对工件的最初微观结构产生不利的影响。尽管加工陶瓷（如氮化硅）实验在进行中，但高温切削仍大多数应用在高强度金属及其合金的加工中。6.小结切削加工性通常从以下几个方面来定义：已切削部分的表面粗糙度，刀具的寿命，切削力和切削功率的需求以及切屑的控制。材料的切削加工性能不仅取决于其固有特性和微观结构，也取决于工艺参数的适当选择与控制。英语原文来源于中国机械CAD论坛网址/ Manufacturing Engineering and Technology1.MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、Surface finish and integrity of the machined part;2、Tool life obtained;3、Force and power requirements;4、Chip control.Thus, good machina bility good surface finish and integrity, long tool life,and low force and power requirements. As for chip control, long and thin(stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by be coming entangled in the cutting zone.Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material.In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.2.Machinability Of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively.The machinability ofsteelshasbeenmainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and aresmall; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as telluriumand selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphor us in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles.Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface duringcutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels. When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)the leadmelts directly in front of the tool,acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stressin the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letterL between the second and third numerals (forexample, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter Lmeans“low carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels).Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calciumdeoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced.Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds. Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be a problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have goodmachinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a builtup edge, and require tool materials with high hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.The Effects of Other Elements in Steels onMachinability. The presence of aluminumand silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to formaluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive.These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels. Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15%C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are moreabrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability ofmost steels is improved by cold working, whichhardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the aspect ratio and the higher the machinability.In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, leadcauses embrittlement of steels (liquid-metal embrittlement, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room te mpera ture it has no effect on mechanicalproperties.Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steelsdepend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machina bility.3.Machinability of Various OtherMetalsAluminum is generally very easy to machine, although the softer grades tend to forma built-up edge, resulting in poor surface finish. High cutting speeds, high rake angles, and high relief angles are recommended. Wrought aluminum alloys with high silicon content and cast aluminumalloys may be abrasive; they require harder tool materials. Dimensional tolerance control may be a problem in machining aluminum, since it has a high thermal coefficient of expansion and a relatively low elastic modulus.Berylliumis similar to cast irons. Because it ismore abrasive and toxic, though, it requires machining in a controlled environment. Cast gray irons are generally machinable but are. Free carbides in castings reduce their machinability and cause tool chipping or fracture, necessitating tools with high toughness. Nodular and malleable irons are machinable with hard tool materials. Cobalt-based alloys are abrasive and highly work-hardening. They require sharp, abrasion-resistant toolmaterials and low feeds and speeds.Wrought copper can be difficult to machine because of built-up edge formation, although cast copper alloys are easy to machine.Brasses are easy to machine, especially with the addition pf lead (leaded free-machining brass). Bronzes are more difficult to machine than brass.Magnesiumis very easy to machine,with good surface finish and prolonged tool life. However care should be exercised because of its high rate of oxidationand the danger of fire (the element is pyrophoric).Molybdenum is ductile and work-hardening, so it can produce poor surface finish. Sharp tools are necessary.Nickel-based alloys are work-hardening, abrasive, and strong at high temperatures. Their machinability is similar to that of stainless steels. Tantalum is very work-hardening, ductile, and soft. It produces a poor surface finish; tool wear is high.Titaniumand its alloys have poor thermal conductivity (indeed, the lowestof all metals), causing significant temperature rise and built-up edge; they can bedifficult to machine.Tungsten is brittle, strong, and very abrasive, so its machinability is low,although it greatly improves at elevated temperatures.Zirconiumhas good machinability. It requires a coolant-type cutting fluid, however, because of the explosion and fire.4.Machinability of Various MaterialsGraphite is abrasive; it requires hard, abrasion-resistant, sharp tools.Thermoplastics generally have low thermal conductivity, low elasticmodulus, and low softening temperature. Consequently, machining them requires tools with positiverake angles (to reduce cutting forces), large reliefangles, small depths of cut and feed, relatively high speeds, and proper support of the workpiece. Tools should be sharp.External cooling of the cutting zone may be necessary to keep the chips frombecoming “gummy” and sticking to the tools. Cooling can usually be achieved with a jet of air, vapor mist, or water-soluble oils. Residual stresses may developduring machining. To relieve these stresses, machined parts can be annealed for a