《机械制造工艺》课件-高速加工与超高速加工

DINGWEIWUCHA高速加工与超高速加工

高速加工和超高速加工的概念萨洛蒙曲线（1931）：切削温度随着切削速度增大而提高，超过某一速度后，切削温度反而降低。同时，切削力也会大幅度下降。在临界切削速度的两边，形成一个不适宜切削区，称为“死谷”或“热沟”。当切削速度超过不适宜切削区，继续提高切削速度，则切削温度下降，称为适宜切削区，即高速切削区，这时的切削即为高速切削。高速加工和超高速加工的概念Salomon切削温度与切削速度曲线高速加工和超高速加工的概念尚无统一定义，一般指采用超硬材料的刀具，通过极大提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。以切削速度和进给速度界定：高速加工为普通切削的5～10倍。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r/min。高速加工定义高速与超高速切削速度范围高速加工的特点加工效率高：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：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：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。高速加工的特点可加工硬表面：高速切削可加工硬度HRC45-65的淬硬钢铁件，在一定条件下可取代磨削加工或某些特种加工。动力学特性好：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动，可获得好的表面粗糙度。高速加工的特点高速切削时，切削刃和单个磨粒所受的切削力减小，可提高刀具和砂轮等的使用寿命。环保：可实现“干切”和“准干切”，避免冷却液污染。高速切削加工的条件要求比较严格，需要有高质量的高速加工设备和工艺装备。高速加工的机理在切削加工的开始，切削力和切削温度会随着切削速度的提高而逐渐增加，在峰值附近，被加工材料的表层不断软化而形成了黏滞状态，严重影响了切削性，这就是“热沟”区。这时切削力最大，切削温度最高，切削效果最差。切削速度继续提高时，切屑变得很薄，摩擦系数减小，剪切角增大，同时在工件、刀具和切屑中，传人切屑的切削热比例越来越大，从而被切屑带走的切削热也越来越大。高速加工的机理在高速范围内，由于切削速度比较高，在其他加工参数不变的情况下，切屑很薄，对铝合金、低碳钢、合金钢等低硬度材料，易于形成连续带状切屑；对于淬火钢、钛合金等高硬度材料，则由于应变速度加大，使被加工材料的脆性增加，易于形成锯齿状切屑。随着切削速度的增加，甚至出现单元切屑。高速加工的机理在高速切削时，由于切削速度很高，切屑在极短的时间内形成，应变速度大，应变率很高，对工件表面层的深度影响减少，因此表面弹性、塑性变形层变薄，所形成的硬化层减小，表层残余应力减小。高速加工的机理高速磨削时，在砂轮速度提高而其他加工参数不变的情况下，单位时间内磨削区的磨粒数增加，单个磨粒切下的切屑变薄，从而使单个磨粒的磨削力变小，使得总磨削力必然减小。高速加工的机理由于磨削速度很高，磨屑在极短的时间内形成，应变率很高，对工件表面层的影响减少，因此表面硬化层、弹性、塑性变形层变薄，残余应力减小，磨削犁沟隆起高度变小，犁沟和滑擦距离变小。由于磨削热降低，不易产生表面磨削烧伤。高速加工应用高速加工的体系结构和相关技术高速加工应用高速加工时要有高速加工机床，如高速车床、高速铣床和高速加工中心等。机床要有高速主轴系统和高速进给系统，具有高刚度和抗振性，并有可靠的安全防护装置。刀具材料通常采用金刚石、立方氮化硼、陶瓷等，也可用硬质合金涂层刀具、细粒度硬质合金刀具。对于高速铣刀要进行动平衡。高速砂轮的磨料多用金刚石、立方氮化硼等。砂轮要有良好的抗裂性、高的动平衡精度、良好的导热性和阻尼特性。高速加工应用高速加工时，高速回转的工件需要严格的动平衡，整个加工系统应有实时监控系统，以保证正常运行和人身安全。在加工工艺方面，如切削方式应尽量采用