高速切削-课件 (17)

1、12q 高速加工定义3图3-31 Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区0 600 1200 1800 2400 3000青铜铸铁钢硬质合金980高速钢650碳素工具钢450Stelite合金8501600 1200800400切削温度/切削适应区非铁金属4图3-32 高速与超高速切削速度范围 10 100 1000 10000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金q 高速加工的切削速度范围车削：700-7000 m/min铣削：300-6000 m/min钻削：200-1100 m/min磨削：50-300 m/s5加工效率高

2、：加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍切削力小：切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件切削热小：切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件加工精度高：加工精度高：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易于保证加工精度和表面质量工序集约化：工序集约化：可获得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定条件下，可对硬表面进行加工，从而可使工序集约化。这对于模具加工具有特别意义q 高速加工

3、的特点6航空航天：航空航天：汽车工业：汽车工业：q 高速加工的应用模具制造：模具制造：仪器仪表：仪器仪表：7专用机床5轴4工序 = 20轴（3万件/月）刚性（零件、孔数、孔径、孔型固定不变）1234钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心1台1轴1工序（3万件/月）柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）图3-33 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）8b）高速模具加工的过程图3-34 两种模具加工过程比较1硬化毛坯 2粗铣 3半精铣 4精铣 5手工磨修 a）传统模具加工的过程1毛坯 2粗铣 3半精铣 4热处理 5电火花加工6精铣 7手工磨修 电极制造9图3-35 采用高速

4、加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值/mm加工时间 100 %1010.10.010.001粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具生产成本。1011刀具材料种类 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa

5、0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100热稳定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 较高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其

6、合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料 表3-3 普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比12图3-36 金刚石（左）与CBN（右）原子结构碳原子氮原子硼原子13q 天然金刚石14q 聚晶金刚石15聚晶金刚石应用实例表3-4 聚晶金刚石应用实例加工对象 硬度 加工方式 工艺参数 加工效果铝合金 端铣 v=4000m/mim Ra0.8-0.4m共晶硅 HRC71 车削 v=600m/mim 一次刃磨切削行程800km铝合金 f = 0.1mm/r Ra0.8m，刀具寿命为 硬质合金的50倍共晶硅 HRC71 铣削 v=2900m/mim 刀具寿命为硬质合金的80倍 vf=

7、0.018mm/齿 Ra0.8m玻璃纤维 HRA87 车削 v=500m/mim 刀具寿命为硬质合金的强化塑料 150倍，Ra0.8-0.4m热塑性醋 铣削 v = 4500m/s 比硬质合金寿命提高380倍酸盐 vf=10mm/min Ra=0.8m高Si-Al 铣削 v=2200m/mim Ra=0.8m铸造件 铝合金 钻削 v=360m/mim 以钻代镗， Ra=0.8m16PCBN切削性能切削性能q 聚晶立方氮化硼(PCBN/Polycrystalline Cubic Boron Nitride) 1970年问世500040003000200010000硬度/HV0 200 400 6

8、00 800 1000 温度/BN100BN20陶瓷硬质合金图3-37 PCBN刀具高温硬度1718PCBN刀具应用刀具应用800750700650600 30 40 50 60 70 硬度HRC（V=320m/mim，f=0.2mm/r，a=0.1mm）切削温度/图3-38 切削温度与硬度关系19PCBN刀具应用实例刀具应用实例加工对象 硬度 加工方式 工艺参数 加工效果GCr15 HRC71 车削 V=180m/mim 以车代磨，工效提高4-5倍钢轧辊 f = 5.6mm/r Ra0.8-0.4mYG15 HRA87 镗孔 V=50m/mim 工效较电火花加工提高30冷挤压模 倍，Ra0.

9、8-0.4mA3热压板 端铣 V = 800m/mim 以铣代磨，工效提高6-7倍 Vf = 100m/mim Ra1.6-0.8m，平面度0.02凸轮轴 HRC60 磨削 V= 80m/s 比单晶刚玉砂轮寿命提高 20倍，生产效率提高50%GCr15 HRC62 磨削 V= 65m/s 比棕刚玉砂轮耐用度提高轴承内孔 170倍，生产效率提高一倍Cr、Cu 端铣 V = 800m/mim Ra0.8m，平面度0.02铸铁 Vf = 0.1mm/齿40Cr钢 HRC38 立铣 V = 850m/mim 以铣代磨，工效提高5-6倍 Ra0.8m表3-5 PCBN刀具应用实例20图3-39 陶瓷轴承高速主轴陶瓷球轴承密封圈旋转变压器电主轴陶瓷球轴承冷却水出口冷却水入口q 陶瓷轴承高速主轴结构21q 陶瓷轴承高速主轴结构特征2223电磁铁绕组通过电流 I0，对转子产生吸力 F，与转子重量平衡，转子处于悬浮平衡位置（图3-32）。转子受扰动后，偏离其平衡位置。传感器检测出转子位移，将位移信号送至控制器。控制器将位移信号转换成控制信号，经功放变换为控制电流，改变吸力方向，使转子重新回到平衡位置位移传感器通常为非接触式，其数量一般为5-7个，对其灵敏度和可靠性要求均较高。控制器设计较复杂，使磁悬浮轴承成本较高（一套磁悬浮轴承售价约1万美元）。放大器电磁铁（定子）传感器