JX03-117@大直径辊筒专用外圆磨床设计（一）
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机械毕业设计全套
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JX03-117@大直径辊筒专用外圆磨床设计（一）,机械毕业设计全套
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中原工学院毕业设计 译 文 21.11 线体加强 及 奈米晶型 工具材料 为了 更进一步改善 切削工具的 表 面质量和耐用性 , 尤其是在 新材料和 复合材料这方面一直在研究 ， 开发超硬材料制作的工具取得了进步，例如 ： a. 高 抗拉强度 。 b. 抗热冲击 。 c. 强切削刃 。 d. 热硬 性 。 最近发展 的包括使用复合 切削 工具材料作为 加强纤维 (第 9.2.1 节 )。 线体 加强材料的例子包括 用碳化硅 (SiC)晶体加强的 以氮化 硅 为基础的工具 ，和 以 碳化硅 晶体 加强的以 氧化铝 为基础的工具 ,有时以锆氧化物 (ZrO2) 的附加 .然而， 金刚砂和黑色金属的高反应使碳化硅工具不适 合 切削 铁和钢。 纳米材料 (第 6.15 节 )的进步 促进了由细密纹理 (超细微粒 )的碳化物 (钨碳化物 ,钛 碳化物和钽 碳化物 )切削工具的发展 。 与传统的碳化物相较，这些工具材料 强度 比较 高、硬度 比较 大 、和 抵抗力比较强 , 可以提高 生产 效率。 在一个 应用程序 中 , 直径 100微米 (0.004寸 )的 微钻头 正在 使用 这些材料 制造 而且被用于 微 型 电子 电路的制作 (第 34 章 )。 21.12 切 削 工具 的 修理 当用 切削 工具工作 , 特别 是 高速钢 工具 ,变成磨损，它们为 进一步的使用 而 被修理 (使 其再锋利 )。 它 们通常 在工具室中被固定 在 工具磨床上修 磨 (第 25.6.5 节 )。工具 修理 或者是手工修磨，那 需要相当 高的操作 技术 ,或 由 计算机控制的工具 磨床上来完成 。其他的方法 (如第 26 章所描述 ) 也可能用来修理工具和 刀具 。 修理也可能包括用钛氮化物再涂在二手工具 的上面 。 坚固 性和精密 度 很重要在修理方面。工具 的锋利度 应该 在它 们的形状和表面的完成 后 检查。决定有关是否工具应该被修理或者 被回收决定于其 牵涉的 相比较的费用。 熟练的劳动是昂贵的 , 如 操作 计算机控制的 机床的工 人 ,因此另外的考量是参 考工具材料的再循环和 这样做的 费用 (表 21.6)，因为多数包含 至关重要 的 昂 贵材料 , 像是钨和钴。 21.13 切削液 nts中原工学院毕业设计 译 文 也叫润滑 剂 和冷冻剂， 切削液 广泛地 应用 在 切削 和 磨削 程序 中 (第 25 章 ) 达 到以下效果 : 减少摩擦 和磨陨 ,如此改 善 工具 寿命 和表面 质量 。 减少 切削力 和能 量 消 耗。 冷却 切削区域 ,如此 降低工件 温度和热 变形 。 冲走 切屑 。 保护机器 表面免于环境的腐蚀。 表 21.6 估算选择切削工具的费用 刀具 尺寸（寸） 费用（美元） 高速钢 1/4平方 X 21/2 1 2 1/2平方 X 4 3 7 硬质合金刀 1/4平方 2 3/4平方 4 渗碳量， 每平米 3/16 普通刀具 内切圆半径 1/2 5 9 镀膜 6 10 陶瓷刀具，每平方 内切圆半径 1/2 8 12 含立方氮化硼，每平方 内切圆半径 1/2 60 90 钻石镀层刀具 内切圆半径 1/2 50 60 金刚石钻头 内切圆半径 1/2 90 100 一种切削 液体基本上可能是一个冷 却 剂或润滑 剂 。 它在切削中 的 作用取决于许多因素 ， 如 这样的一些因素 , 切削温度， 切削 速度、和 切削方式 。 如第 20.6 节所示 , 切削温度随切削 速度 的提高而升高 。 因此， 冷却 切削区域在 高速 切削中 是 非常 重要 的 。 水是一个优良的冷 却 剂 ; 然而，它引起 工件 和机器 部件 的生锈而且是 不好 的润滑 剂 。 另一方面，如果 切削 速度低 , 例如 在 拉削 或者 出屑 方面，润滑 剂 (不是冷却 )是重要 的因素。 为了 减少 刀刺的 形成 , 润滑 剂改善 工 件 表面 质量 。 选择何种类型的切削决定于切削 温度的 高低 和 切削力的大小 , 切屑的类型 和 切屑排出的难易 。 在几种 (例如拉削 、 钻削 ,和攻丝 )操作方面 ， 需要使用切削液 。 然而 ,有些情况 使用 切削液 可能是有害的。 在 断 续切削，例如切齿 ， 切削 液体的nts中原工学院毕业设计 译 文 冷却行动增加 热 和 冷 (热循环 )的周期的范围。 这情况能导致热 裂缝 (热疲劳 或热 冲击 )。 切削 液体也可能导致薄片变得比较卷曲 ,集中接近工具顶端的 热应力。 这些 热应 力 ， 集中接近 刀 具顶端 ,减少工具 的寿命 。 21.13.1 切削液的作用 虽然 切削液 的基 本 作用 在金工操作方面在第 32.9节中更为详细地被描述 , 但是，我们简短地在这里描述 切削 液体影响机 加工 操作方面所依据的机制。 看一下 高切削阻力 和 刀 具 头 的 进给速 率 , 如何 让 一 种切削液进入 这个 切削区域 影响 切削过程 ? 切削 液体被 计算机控制由薄壁 细管 道流入刀 具 和工件表面的接触区域 。（见第32.2节） 研究已经 表明切削液通过薄管 的 一侧流入切削区域 。因为这个 管道比较细小 ， 因此切削 液体应该 有较小的分子 而且 拥 有适当的 流动 (表面张力 )特性。 例子 :切削 液体 在切削中 的 作用 切削 操作是与有效的润滑 剂 的 切削 液体一起进行 的 。如果 切削液被 关闭，解释在 切削 操作的技巧和 总 的能源消费方面 将会 改变。 解决 方案 : 因为 切削 液体是好 润滑剂 ，当 切削 液体被 关闭 的时候，在 刀具 和工件表面的摩擦将会增加。下列一连串 事件 将会 发生 : a.切削液关闭 。 b.刀具和工件表面的摩擦将会增加 。 c.刀具刃倾角 度减少 (Eq.20.3) d.切应变 增加 (Eq.20.2) e.切削面 变得 粗糙 f.可能形成 切削刀刺 下列的事件由于前述的 现象 发生 : a.在主要的 切削区域 的 切削 能 量 增加 (第 20.5.3 节 ) b.在中级的 切削区域 的摩擦能 量 增加 c.总计的能 量消耗 增加 d.切削区 域的温度 升高 , 引起 刀具磨损 e.降低工件的表面质量 f.尺寸公差 在 加工 期间因为温度 的升高 和细工 件 的 膨胀 可能难以 实现 nts中原工学院毕业设计 译 文 21.13.2 切削 液体的类型 一般 有四种 类型 的切削液 普遍被用于 切削 操作 : a.油 b.乳 化 液 c.半合 液 d.合成 液 这些 切削 液体的特性在第 32.10 节中被描述，而且对于特定 切削 操作的 切削液的 介绍在 第 22,23,和 25章。 21.13.3 切削液 的 应用 方法 切削液有 三 种 基本 应用 方法 : a.溢水式 冷却 (图 21.11) 。这是最常 用 的方法。流 量比率范围从单一 工具的 10 L/min到多 齿 刀具 的 225 L/min。 在钻削和 磨 削操作 中 , 700 kpa-14,000 kpa 的流动压力用来冲走 切屑。 第 21节切削工具和切削液 图 21.11 在各种不同的切削操作方面正确使用切削液的示意图： (a)车削， (b)铣削 （ c）线研磨 ,(d)钻削 b.喷 雾 式 冷却 。 喷雾式 冷却 能使切削液体到达难 以 接近的区域而且 有利于工件 被 加工 。它对以水为基础的 切削液体 特别地有效和在磨 削 操作方面 ,在 70 kpa-600 kpa 的 大气 压 下。喷雾式 冷却需要通气而且受 制 于 冷却的能力 。 c.高压 冷却 系统 。 由nts中原工学院毕业设计 译 文 于现代社会发展速度的 加快 和 能源的发展 ，计算机控制 工作母机， 机 械加工 操作的热 效应 已经成为一个重要的因素。最近发展 的包括高压冷冻 系统冷却的使用改善来自 切削区域的热移动比率。 高压 系统 也被用于 传 送 切削液到切削区 域 ，特别地设计了 喷嘴 旨在使切削液快速到达切削区 域。 压力 的大小，通常在 5.5 MPa-35 MPa , 切削液的管道要有分支，否则如果 很长 且 连续 ,干扰 切削 操作。为了要避免来自高压的喷 射液 的粒子的冲击的对 工件 表面的伤害 , 添加剂 在冷冻剂 里 的大小不应该超过 20微米 ; 适当的和 连续 的过滤 液体是必要的。 21.13.4切削液 的效果 切削液 的选择也应该包括考 虑例如其作用 在 工件 材料和 机床工具的影响 ，生物因素和环境因素上的 潜在 影响 。 在 工件 材料上 的影响 。 当选择 切削 液体的时候，一应该考虑 机械加工成份 是否受制于环境的 影响 ， 和 高 昂 的服务 压力 ,可能 导致金属 腐蚀 而产生 裂痕。 这对考虑用硫 和氯添加剂 的 切 削 液体特别地重要。 举例来说，当切削钛时，不应该使用 含 有 氯的 切削液。 另外 还应该 考 虑 由切 削 液体 污染工件 的可能 性 ,尤其铜和铝。 机 加工部件 应该被清理 和清 洗为了要除去 一切 的 切削液 残渣。 及时做 这 样的操作 是重要的和 值得的 ; 因此 ，趋势将使用低黏质 , 清洁和 过滤的单纯 的以水为基础的液体。 在 机床 上 的影响 。 正如 切削液 可能 对工件材料有不利地影响 ，它能同样地影响机床 和它的 部件 , 像是 导轨 和 轴承 。因此， 切削液体的选择一定， 包括它 与 各种不同的金属和非金属的 材料的兼容性的考 虑 ,包括油和可能被当作润滑 剂 使用的油脂。 生物和环境 方面 的 影响 。 因为机床 操作员 通常 是 直接接近切削液 的， 应首先考虑切削液对 操作 人 员的 影响。 来自 切削液 的臭气、烟和气味能引起严 重 的皮肤反应和呼吸器官问题。 相当多的进步已经在确定制造业的计划的 切削液 的安全使用方面表现。 另外地 , 在环境方面的 影响 , 特别 是 关于空气 和水污染 方面 ，非常重要。 这已经导致向干 加工方面发展 ,可能有它自己的 优势 和 局限 。 切削液 , 连同 其它 被用于 金工 制造业操作的液体 , 当他们 的使用 随着时间 的 过去，可能 发生 化学变化。 这些变化可能是由于环境的 影响 或者来自各种不同的来源的污染 , 包括 管道 和在机 加工 期间产 生 的金属 屑和 油 污染 。 这些变化包括微生物的生长 , 特别地在水 上面 ,不利地影响液体的特性。 nts中原工学院毕业设计 译 文 净化 、再循环和处理。 一些技术 ,像是 沉淀 ，撇取、离心 过滤 法和过滤 , 可用来 净化使 用 过的切削液 。 再循环用各种不同的添加剂、代 替剂 、 生物 剂和防臭剂、连同 以 水 为基础 的 切削液处理 。处理 过程 一定遵从联邦的 , 州、和当地的法律和规则 ,如第 37.4 节所描述 . 总结 各式各样的切 削 工具材料已经在过去的世纪内发展 , 最普遍存在 的是高速钢、碳化物， 陶瓷 和立方体硼氮化物。 工具材料有 广泛 的机 加工性能 和 物理性能，如 热硬
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