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[天下武功,唯快不破] 淺談高速切削工藝的利弊!

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發(fā)表于 2017-3-21 09:24:41 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
本帖最后由 拉刀大哥 于 2017-3-21 10:11 編輯 / n2 }5 p5 y% Y, |4 y4 r* f8 a

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3 Y+ _4 i/ d( Q: z$ q. U% p+ q" w切削工藝是機(jī)械加工大家族中的重要成員,顧名思義,它指的就是用刀具、磨具等切削工具,將工件上的多余部分切下,從而得到所需尺寸、形狀和表面質(zhì)量的加工過程。切削工藝的歷史由來已久,可以上溯到石器時(shí)代原始人類對(duì)磨制刀具的使用。而現(xiàn)代切削工藝通常與機(jī)床等設(shè)備相結(jié)合,以發(fā)揮最大的功效。為提高生產(chǎn)效率,制造商們希望設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高速,甚至是超高速切削。那么,到底是哪些因素限制了切削速度的提升?切削速度又有沒有一個(gè)極限呢?6 {7 b4 H! ]4 j0 R3 w9 }9 N
薩洛蒙假說與突破“死谷”

決定切削速度的因素有很多,包括工件材質(zhì)、切削工具材質(zhì)、制作工藝以及切削設(shè)備的工作效率等等。除此之外,還與加工時(shí)的溫度有直接關(guān)系。眾所周知,切削過程會(huì)產(chǎn)生大量的熱能,而無論是加工工件還是切削工具,其材質(zhì)都對(duì)溫度有一定的耐受極限,超過極限就會(huì)造成損壞。隨著切削速度加快,摩擦變得更加劇烈,溫度也隨之升高。因此,每種材質(zhì)都有其能夠承受的切削速度范圍,如果超過了這個(gè)范圍,加工就無法進(jìn)行,因此,這個(gè)區(qū)域被稱為切削工藝的“死谷”。

在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),人們認(rèn)為“死谷”是無法突破的,但是有一個(gè)薩洛蒙假說的提出卻為突破“死谷”帶來了一絲曙光。這一假說是由德國(guó)物理和機(jī)械學(xué)家卡爾·薩洛蒙在1931年提出的,他在參考了大量的切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果之后認(rèn)為,切削速度與溫度構(gòu)成的曲線并不是單調(diào)遞增的,當(dāng)速度達(dá)到某一特定值時(shí),隨著速度的增加,溫度反而會(huì)遞減。這樣就有可能在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍內(nèi),得到切削加工的理想溫度,而不損壞工件和設(shè)備。中國(guó)西北工業(yè)大學(xué)和成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)的研究人員就曾用紅外熱像儀對(duì)銑削過程進(jìn)行了溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)視和測(cè)量,得出了符合薩洛蒙假說的溫度曲線。依據(jù)這一理論進(jìn)行生產(chǎn),可以極大地提高生產(chǎn)效率。

高速切削工藝發(fā)展現(xiàn)狀
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得益于薩洛蒙的研究成果,高速切削技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍。隨著高速甚至是超高速機(jī)床設(shè)備和刀具等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,高速切削工藝的速度范圍也在不斷擴(kuò)展,切削鋁合金材料速度可達(dá)到每分鐘5500米,鑄鐵材料為每分鐘4500米,普通鋼材料則為每分鐘800米。甚至有人預(yù)言,未來,超高速切削速度將與音速相媲美。今天,美國(guó)、德國(guó)、日本、法國(guó)、意大利等國(guó)家在這一技術(shù)上保持領(lǐng)先地位,并已將其引入到機(jī)床生產(chǎn)和設(shè)備加工中來,主要應(yīng)用在飛機(jī)、汽車及模具制造等領(lǐng)域。

隨著市場(chǎng)需求的日益增加,我國(guó)也已經(jīng)意識(shí)到完善這一技術(shù)對(duì)發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要意義。上世紀(jì)90年代初,國(guó)家基金委、國(guó)家計(jì)委和航空工業(yè)總公司開始對(duì)高速切削工藝的研究提供支持。在“國(guó)家‘十五’重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)預(yù)測(cè)研究”和“先進(jìn)制造領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的分析論證”中,高速切削工藝均被列入了重大綜合型項(xiàng)目和經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展急需高技術(shù)項(xiàng)目中的重要內(nèi)容。然而,與國(guó)外先進(jìn)水平相比,我們目前仍存在一定差距。

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現(xiàn)階段研究重點(diǎn)和難點(diǎn)( U# N9 y, }+ ^. Q: N
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在進(jìn)行高速、超高速切削作業(yè)時(shí),由于摩擦產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通切削,因此對(duì)切削所用的刀具材料有特殊的要求。刀具要具備極高的硬度、韌性,以及極強(qiáng)的耐熱性和耐磨性,刀具的化學(xué)性能要始終保持穩(wěn)定,所以抗氧化性也非常重要。以上這些條件都符合的材料鳳毛麟角,但可以采用先進(jìn)的加工工藝,把不同材料的特性進(jìn)行優(yōu)化組合,例如,在韌度很強(qiáng)的合金材料刀具的基體之上輔以高熱硬性和耐磨性鍍層。

作為一種新興的切削方式,高速切削目前尚沒有完整的加工參數(shù)表可供參考,尤其是對(duì)于黑色金屬及難加工材料的高速切削加工機(jī)理尚在探索階段,也是當(dāng)前階段研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。對(duì)各種不同的金屬材料在高速切削過程中的切屑形成機(jī)理、切削力、切削熱變化規(guī)律及刀具磨損對(duì)加工效率、加工精度和加工表面完整性會(huì)產(chǎn)生哪些影響,也在不斷研究過程中。


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技術(shù)優(yōu)勢(shì)和未來發(fā)展趨勢(shì)
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首先是大大提高了生產(chǎn)效率。不僅切削速度加快,還可以將傳統(tǒng)工藝中的粗加工和精加工兩道工序同時(shí)完成,從而縮短了工期,而且這種技術(shù)使機(jī)床結(jié)構(gòu)也趨于簡(jiǎn)化,有利于設(shè)備的控制和維護(hù)。

第二是加工精度更高。由于速度提高,切削中產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到工件上將會(huì)更加分散,單位長(zhǎng)度的工件吸收熱量明顯減少,這樣就有效地減少了工件發(fā)生熱變形的幾率,提高了加工精度。目前,對(duì)于大型框架件、薄板件、薄壁槽形件等高精度高效率加工,超高速切削工藝是唯一可行的加工方法。

第三是能獲保持較好的表面完整性。由于應(yīng)用這一技術(shù)切割速度有保障,因而可以適當(dāng)減少進(jìn)給量,從而降低單位切削力度和變化幅度。再加之切割頻率較快,不易受機(jī)床自身震動(dòng)的影響,所以加工出的工件具有良好的表面光滑度。

第四是降低了能耗。高速切削時(shí),單位功率能源達(dá)到的的金屬切削效果明顯高于傳統(tǒng)切削工藝。以洛克希德飛機(jī)制造公司的鋁合金超高速銑削為例,主軸轉(zhuǎn)速從每分鐘4000轉(zhuǎn)提高到每分鐘20000轉(zhuǎn),金屬切除率提高了3倍,而單位時(shí)間能耗增加量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這一數(shù)字。由于重切削在我國(guó)大型設(shè)備制造業(yè)領(lǐng)域具有重要的地位,因此,我們的研究方向應(yīng)傾向于重切削與高速切削相結(jié)合這一主題。


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發(fā)表于 2017-3-21 09:53:42 | 只看該作者
資料還是很齊全的。PS:一大早的就被樓主首張的圖片給嚇著了,放個(gè)這么丑的人,應(yīng)該放張美女啊,看著心情也會(huì)好一些
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發(fā)表于 2017-3-21 11:41:52 | 只看該作者
唯快不破
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 樓主| 發(fā)表于 2017-3-21 15:59:38 | 只看該作者
牽手//不言棄 發(fā)表于 2017-3-21 11:41; E$ y; U) K  ~% Q& d% G
唯快不破
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無堅(jiān)不摧2 L, q6 \6 ?( h+ t* C3 s
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發(fā)表于 2017-3-21 20:54:50 | 只看該作者
切削鋁合金材料速度可達(dá)到每分鐘5500米,鑄鐵材料為每分鐘4500米,普通鋼材料則為每分鐘800米) h5 Y1 L  p( V* s% V: c
有點(diǎn)嚇人啊,車削最快切削速度用過400多米,易切鋼,希望未來有機(jī)會(huì)試試這種速度
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發(fā)表于 2017-3-22 12:28:28 | 只看該作者
湖北佬abc 發(fā)表于 2017-3-22 09:01
9 J- w9 E0 ?5 G8 b( m6 w' c; z% K$ ]這個(gè)應(yīng)該是線速,不是進(jìn)給F值!
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樓主標(biāo)注的不是切削速度嘛
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發(fā)表于 2017-4-6 20:08:44 來自手機(jī) | 只看該作者
高速小進(jìn)給切削,表面質(zhì)量還好

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