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摘 要:高速切削技术是近十几年来迅速崛起的一项先进制造技术,已成为现代制造业的重要组成部分。从高速切削的特点和机理入手,分析这项高新技术发展状况和目前的应用。
关键词:高速切削;机床;刀具
高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工因此,有时也称为超高速切削Utra一ligh Speed Machining)。高速切削是一个相对的概念,当使用不同的加工方法和工件材料与加工刀具时,Hsc的切削速度会有很大的不同。高速切削强调的是高的速度,即要有高的主轴转速,高速切削中的高速不是一个技术指标,而应是一个经济指标。高速切削时由于切削速度的大幅度提高,决定了高速切削具有以下特点:一是生产效率提高;二是切削力降低;三是工件的热变形减小;四是工件振动减小;五是可加工各种难加工材料;六是生产成本降低。
一、高速切削的机理
在高速切削过程中,由于切削速度足够快,使应变硬化来不及发生,变形只发生小范围内会使切削力小于传统速度的切削力。高速切屑变形机理在很大程度上与热量有关,随着切削速度的增加,切屑流受到的阻力减小,从而使切屑变薄、切削力减小。
高速切削机理主要包括高速切削中切削力、切削热变化规律.刀具磨损的规律.切屑的成型机理以及这些规律和机理对加工的影响。目前对铝合金的高速切削机理的研究与应用比较成功,但对黑金属和难加工材料的高速切削机理的研究与应用尚处于不断探索之中,应用也是在不成熟的理论指导下进行。另外,高速切削机理的研究与应用已进入钻铰、攻丝等的切削方式中,但还处于探索阶段。随着科学技术的发展,对高速切削的切削力、切削热、切屑成型、刀具磨损、刀具寿命、加工的精度和表面质量等的变化规律将做更加深入的分析与研究。
二、高速切削的发展
高速切削缘起自航空铝合金零件的加工。在该领域,高速加工主要用于铣削高强度铝合金整体构件、薄壁类零件,切除其90%,的材料。
高速切削在现代模具制造业中更具有较大的优势。由于高速性能加工刀具技术的发展使得}IS(:能够加工较硬的钢材,所以可以使用较硬的毛胚直接加工成模具成型零件,减少甚至不需要制造电极,极大程度地消除了耗时的磨削和抛光工序,从而出现了通过高速硬铣实现模具全部加工的发展趋势,促使模具制造朝着快捷、精确和经济的方向发展。采用高速切削替代电火花生产模具,可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。在工业发达国家,据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。
从技术发展角度看,高速铣削正与超精加工、干硬切削加工相结合,开辟了以铣代磨的新天地,极大地减轻了模具的研抛工作量,缩短了模具制造周期。高速切削生产模具已
经逐渐成为模具制造的大趋势。因此可以预计,我国的机械制造企业将会越来越多地应用高速切削技术。
三、高速切削的关键技术
目前国际上高速切削加工技术主要应用于汽车工业和模具行业,尤其是在加工复杂曲面的领域,工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域,显示了强大的功能,而它的发展则涉及到高速切削机床技术、高速切削刀具技术和高速切削工艺技术这三个方面的关键技术。
(一)高速切削机床技术
性能良好的机床是实现高速切削前提和关键,而具有高精度高速主轴和控制精度高高速进给系统,则是高速切削机床技术关键所。高速主轴是高速切削机床核心部件,很大程度上决定着高速切削机床所能达到切削速度、加工精度和应用范围。目前,适于高速切削加工中心其主轴最高转速一般都大于10000r/min,有高达60000r/min～100000r/min,为普通机床10倍左右;主电动机功率15kW～80kW,以满足高速车削、高速铣削之要求。控制精度高的高速进给系统也是实现高速切削的重要技术之一。在进行高速切削时,为了保证零件的加工精度,随着机床转速的提高,进给速度也必须大幅度提高,以便保证刀具每齿进给量不变。
(二)高速切削刀具技术
刀具的使用是实现高速切削重要保证,如何正确选择刀具材料和设计刀具系统对提高零件的加工质量、延长刀具的使用寿命和降低加工成本都起着重要作用。高速切削要求刀具材料具有高硬度、高强度和耐磨性;高韧度、良好耐热冲击性;高热硬性、良好化学稳定性等性能,目前使用最多的刀具材料有:涂层刀具、陶瓷刀具
(A1203,Si3N4)、立方氮化硼(cBN)材料和聚晶金刚石(PcD)材料等。
(三)高速切削工艺技术
进行高速切削时,工件材料不同,所选用切削刀具、切削工艺和切削参数也有很大不同。工件材料与刀具材料的匹配、切削方式、刀具几何参数、切削参数、振动和切削液等因素对都会对加工表面的粗糙度的产生影响,因此在高速切削加工时切削参数的选择和表面质量控制等工艺技术也是需要重视的。
四、结束语
随着科学技术的不断进步与生产水平的逐步提高,对制造业提出的要求也越来越高。高速切削已成为切削加工发展的主要方向之一,它可以大幅度提高生产的效率和零件的加工效率,更能节约刀具材料和切削液,减少对环境的污染,是制造业必然的发展方向。因此,我们要进一步加大对高速切削研究的投入,并逐步去替代传统的切削加工,让其成为时代发展的主流。
参考文献:
[1]张伯霖.高速切削技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2]艾兴.高速切削加工技术[M].北京:国防工业出版社,2003.
[3]席俊杰.高速切削的关键技术及应用[J].润滑与密封,2006,(5).
(作者 身份证号:332602197509053507)
关键词:高速切削;机床;刀具
高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工因此,有时也称为超高速切削Utra一ligh Speed Machining)。高速切削是一个相对的概念,当使用不同的加工方法和工件材料与加工刀具时,Hsc的切削速度会有很大的不同。高速切削强调的是高的速度,即要有高的主轴转速,高速切削中的高速不是一个技术指标,而应是一个经济指标。高速切削时由于切削速度的大幅度提高,决定了高速切削具有以下特点:一是生产效率提高;二是切削力降低;三是工件的热变形减小;四是工件振动减小;五是可加工各种难加工材料;六是生产成本降低。
一、高速切削的机理
在高速切削过程中,由于切削速度足够快,使应变硬化来不及发生,变形只发生小范围内会使切削力小于传统速度的切削力。高速切屑变形机理在很大程度上与热量有关,随着切削速度的增加,切屑流受到的阻力减小,从而使切屑变薄、切削力减小。
高速切削机理主要包括高速切削中切削力、切削热变化规律.刀具磨损的规律.切屑的成型机理以及这些规律和机理对加工的影响。目前对铝合金的高速切削机理的研究与应用比较成功,但对黑金属和难加工材料的高速切削机理的研究与应用尚处于不断探索之中,应用也是在不成熟的理论指导下进行。另外,高速切削机理的研究与应用已进入钻铰、攻丝等的切削方式中,但还处于探索阶段。随着科学技术的发展,对高速切削的切削力、切削热、切屑成型、刀具磨损、刀具寿命、加工的精度和表面质量等的变化规律将做更加深入的分析与研究。
二、高速切削的发展
高速切削缘起自航空铝合金零件的加工。在该领域,高速加工主要用于铣削高强度铝合金整体构件、薄壁类零件,切除其90%,的材料。
高速切削在现代模具制造业中更具有较大的优势。由于高速性能加工刀具技术的发展使得}IS(:能够加工较硬的钢材,所以可以使用较硬的毛胚直接加工成模具成型零件,减少甚至不需要制造电极,极大程度地消除了耗时的磨削和抛光工序,从而出现了通过高速硬铣实现模具全部加工的发展趋势,促使模具制造朝着快捷、精确和经济的方向发展。采用高速切削替代电火花生产模具,可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。在工业发达国家,据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。
从技术发展角度看,高速铣削正与超精加工、干硬切削加工相结合,开辟了以铣代磨的新天地,极大地减轻了模具的研抛工作量,缩短了模具制造周期。高速切削生产模具已
经逐渐成为模具制造的大趋势。因此可以预计,我国的机械制造企业将会越来越多地应用高速切削技术。
三、高速切削的关键技术
目前国际上高速切削加工技术主要应用于汽车工业和模具行业,尤其是在加工复杂曲面的领域,工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域,显示了强大的功能,而它的发展则涉及到高速切削机床技术、高速切削刀具技术和高速切削工艺技术这三个方面的关键技术。
(一)高速切削机床技术
性能良好的机床是实现高速切削前提和关键,而具有高精度高速主轴和控制精度高高速进给系统,则是高速切削机床技术关键所。高速主轴是高速切削机床核心部件,很大程度上决定着高速切削机床所能达到切削速度、加工精度和应用范围。目前,适于高速切削加工中心其主轴最高转速一般都大于10000r/min,有高达60000r/min～100000r/min,为普通机床10倍左右;主电动机功率15kW～80kW,以满足高速车削、高速铣削之要求。控制精度高的高速进给系统也是实现高速切削的重要技术之一。在进行高速切削时,为了保证零件的加工精度,随着机床转速的提高,进给速度也必须大幅度提高,以便保证刀具每齿进给量不变。
(二)高速切削刀具技术
刀具的使用是实现高速切削重要保证,如何正确选择刀具材料和设计刀具系统对提高零件的加工质量、延长刀具的使用寿命和降低加工成本都起着重要作用。高速切削要求刀具材料具有高硬度、高强度和耐磨性;高韧度、良好耐热冲击性;高热硬性、良好化学稳定性等性能,目前使用最多的刀具材料有:涂层刀具、陶瓷刀具
(A1203,Si3N4)、立方氮化硼(cBN)材料和聚晶金刚石(PcD)材料等。
(三)高速切削工艺技术
进行高速切削时,工件材料不同,所选用切削刀具、切削工艺和切削参数也有很大不同。工件材料与刀具材料的匹配、切削方式、刀具几何参数、切削参数、振动和切削液等因素对都会对加工表面的粗糙度的产生影响,因此在高速切削加工时切削参数的选择和表面质量控制等工艺技术也是需要重视的。
四、结束语
随着科学技术的不断进步与生产水平的逐步提高,对制造业提出的要求也越来越高。高速切削已成为切削加工发展的主要方向之一,它可以大幅度提高生产的效率和零件的加工效率,更能节约刀具材料和切削液,减少对环境的污染,是制造业必然的发展方向。因此,我们要进一步加大对高速切削研究的投入,并逐步去替代传统的切削加工,让其成为时代发展的主流。
参考文献:
[1]张伯霖.高速切削技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2]艾兴.高速切削加工技术[M].北京:国防工业出版社,2003.
[3]席俊杰.高速切削的关键技术及应用[J].润滑与密封,2006,(5).
(作者 身份证号:332602197509053507)