高速切削工艺常识 -工程

工程 时间:2019-01-01 我要投稿
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    各种材料的高速切削技术

    高速切削不同材料时,其所用的切削工具、工艺方法以及切削参数均有很大不同,而且和在普通切削速度加工时的情况也有很大不同,掌握正确的高速切削工艺方法,是高速切削应用技术中的一个重要环节,

高速切削工艺常识

    高速切削铝合金技术

    铝材料零件的高速加工,在20世纪80年代就已经在工业中广泛应用,经过适当冷处理的铝合金材料,强度可高达540Mpa,它的相对密度很轻,是飞机和各种航天器零部件的主要材料,也是机器和仪表零部件的常用金属。近年来铝合金在汽车和其它动力机械中的应用也逐渐增多。加工轻合金的优势主要在:切削力和切削功率小,大约比切削钢件小70%;切削短、不卷曲,因而在高速加工中易于实现大量切屑的排屑自动化,刀具磨损小,用硬质合金、多晶金刚石等刀具在很高的转速下切削铝合金材料,可以达到很高的刀具寿命;加工表面质量高,仅采用少量的切削液、在近乎干切的情况下不用再经过任何加工或手工研磨,零件即可得到很高的表面质量;可采用很高的切削速度进行加工,切削速度可高达1000-20000/min,高速加工95%以上切削热被切屑迅速带走,工件可保持室温状态,热变形小,保证了加工的高精度。如瑞士米克朗的高速铣HSM400在2003年北京国际机床展上加工的一个薄壁铝件,厚度为0。1mm,高度为25mm,进刀速度高达20000/min,而且保证了良好的尺寸精度和几何精度。

    高速铣削钢技术

    近年来,高速加工开始用于钢的精加工,特别是加工形状复杂的零件,高速切削可以大大提高生产率,高速铣削钢和铝合金有所不同,主要问题是刀具的磨损,优化切削参数的目的不仅仅为了提高金属切除率,而且更注重于降低切削力,提高工件表面质量、尺寸精度和形状精度以及减少刀具磨损。

    钢材的高速铣削技术

    高速铣削钢材时,刀具要用更锋利切削刃和较大的后角,这样可以减少切削时的刀具磨损提高刀具的使用寿命,刀具参数也应当随着进给速度的变化而变化。当进给速度增加时,刀具的后角要减小;进给速度对刀具的前角的影响相对比较小。按照常规的切削规律,刀具的正前角能够减小切削力,并减小月牙洼磨损。但在高速下,正前角并不比零度前角更多地降低切削力,负前角虽然能使刀具片有更高的切削稳定性,但是增大了刀具切削力和月牙洼磨损。在高速铣削时,轴向进给量对刀具磨损的影响比较小,而径向进给量的影响则较大。刀具寿命随切削面的增加而降低。轴向进给切削和径向进给切削二者之间是相互关联的。在以径向进给进行时,常常会因为高速产生的高温超过刀具材料的红硬性而造成刀具失效。在径向进给比较慢时,刀具的非接触区时间比接触区时间长,短时间的发热可以由比较长时间地冷却来弥补。因此,从整体上来看,径向进给速度应稍慢一些,建议进给量只值等于刀具直径的5%-10%。

    高速切削难加工材料技术

    一般来讲,合金材料包括特殊合金钢、钛、镍合金,

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高速切削工艺常识》(https://www.unjs.com)。这些材料由于强度大、硬度高、耐冲击,大多用于航空、航天制造和动力部门,但加工中这些材料容易硬化,切削温度高,刀具磨损严重,属于难加工材料。

    在加工这些材料的过程中,导致刀片失效的典型形式刀具后面磨损,最大的磨损区是刀尖部位,另外是刀具和工件之间的通道处,由于切削条件差,磨损的痕迹会在这些地方产生,因而形成严重的刀口毛刺,刀刃的磨损改变了刀具的几何参数,增大了切削力,尤其是切削高强度合金的情况时,容易使刀片碎裂。实验证明逆铣要比顺铣的效果好,加大刀具前角明显减小切削力,刀具前角γ的变化范围是在8°~28°之间。在上述前角范围内,加工钛合金、特殊合金和镍基高温合金材料时刀具寿命都能提高,当刀具前角为负时,刀具的切削稳定性提高,但刀具寿命降低。切削过程和刀具寿命也受刀具后角α的影响增加刀具后角可提高刀具寿命,但当后角20°时,刀具寿命开始下降。

    高速切削硬质材料技术

    淬硬钢材料包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、轧锟钢及高速钢等,是典型的耐磨结构材料,广泛用于制造各种对硬度和耐磨性要求高的零件。淬硬钢材料的特点是经淬火或低温去应力后具有比较高的硬度(55~68HRC),很难用传统的切削方法加工,通常采用磨削进行精加工,但磨削效率低下,成本高。高速硬切削为淬硬钢材料加工提供了更好的解决途径。提高了效率、少了污染、减少设备投资,适应柔性生产。淬硬钢材料的伸长率小、塑性低、易于形成高光洁度表面,有利于以切代磨。但其硬度高,切削性能差。从切削过程可以看出加工淬硬钢材料切削力增大、切削热增加,为了获得必要的加工精度和表面光洁度及刀具寿命,必须精心选择切削刀具和几何参数,优化切削工艺参数。比如选用材料CBN、PCBN、性能好的陶瓷、超细晶粒硬质合金及涂层硬质合金刀具。尽量选择较大圆鼻刀具、刀具的前角为负的较好。(α≤-5°)

    高速切削对刀的要求

    高速切削主轴面向高速,同时高扭矩主轴的发展对刀柄提出高的要求,而普遍采用的普通ISO或BT刀柄已经无法满足使用要求。在这方面,必须考虑以下因素:最小的动不平衡量、最小的径向偏差、高钢性、高精度、传递高扭矩、换刀时的高重复精度、高转速下的安全性。原则上,这些要求必须通过主轴和刀柄之间的连接方式来满足。不过这两个接口都已经有了新的连接方式,最大限度地满足了规定的要求。如瑞士的Schaublin公司生产的HSK-A和HSK-E型刀柄。对于不经常更换刃具通过热冷缩装配刀柄是最佳选择,因为该方式提供出色的刀具同心度(低于0.003mm)并且可以传递非常高的扭矩,装夹的精度和钢性都很高。弹簧夹套在高速铣也有比较严格的要求,弹簧夹套主要有多种,普通弹簧夹套(能够在一个夹头上夹持多种直径的刀具,称ER)和标称尺寸的夹套(称D型)对于高速铣削技术,不建议使用普通弹簧夹套,因为加工受夹套配合精度影响。而选择D型弹簧夹套这种夹套钢性比较好,它是靠锥面和端面同时定位。夹套锥度小,从而可以优化刀具长度。