合金刀具切削用量_切削用量三要素

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1、切削用量 切削用量三要素 切削用量是指切削速度 v c 、進(jìn)給量 f （或進(jìn)給速度 v f ）、背吃刀量 a p 三者的總稱，也稱為切削用量三要素。它是調(diào)整刀具與工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和相對(duì)位置所需的工藝參數(shù)。它們的定義如下：?? 　?。ㄒ唬┣邢魉俣?v c 　　切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。計(jì)算公式如下 　　v c=( π d w n ）/1000 (1-1) 　　式中 v c ——切削速度 （m/s） ；?? 　　dw —-工件待加工表面直徑( mm )； 　　n -—工件轉(zhuǎn)速（ r/s )。?? 　　在計(jì)算時(shí)應(yīng)以最大的切削速度為準(zhǔn)，如車削時(shí)以待加工表面

2、直徑的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榇颂幩俣茸罡?刀具磨損最快。 　　(二）進(jìn)給量 f?? 　　工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具與工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量. 　　進(jìn)給速度 v f 是指切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。?? 　　v f=fn ( 1—2 ）?? 　　式中 v f ——進(jìn)給速度（ mm/s ）； 　　n ——主軸轉(zhuǎn)速（ r/s ）；?? 　　f —-進(jìn)給量( mm )。?? 　　(三）背吃刀量 a p?? 　　通過(guò)切削刃基點(diǎn)并垂直于工作平面的方向上測(cè)量的吃刀量。根據(jù)此定義，如在縱向車外圓時(shí)，其背吃刀量可按下式計(jì)算：?? 　　a p = （ d w — d

3、m ) /2 ( 1—3 )?? 　　式中 d w ——工件待加工表面直徑（ mm );?? 　　dm ——工件已加工表面直徑( mm )。 涂層刀片 為了提高刀具（刀片）表面的硬度和改善其耐磨性、潤(rùn)滑性,通過(guò)化學(xué)氣相沉積和真空濺射等方法，在硬質(zhì)合金刀片表面噴涂一層厚度 5～ 12μ m以下的 TiC、 TiN或 Al 2O 3等化合物材料。 　　TiC 涂層刀片,硬度可達(dá) 3200HV，呈銀灰色，耐磨性好，容易擴(kuò)散到基體內(nèi)與基體粘結(jié)牢固,在低速切削溫度下有較高的耐磨性。 　　TiN 涂層刀片 TiN硬度為 2000HV，呈金黃色，色澤美觀，潤(rùn)滑性能好，有較高的抗月牙洼型的

4、磨損能力，與基體粘結(jié)牢固程度較差.?? 　　Al 2O 3 涂層刀片 硬度可達(dá) 3000HV，有較高的高溫硬度的化學(xué)穩(wěn)定性，適用于高速切削。 　　除上述單層涂覆外,還可 TiC—TiN, TiC+TiN+Al 2O 3等二層、三層的復(fù)合涂層，其性能優(yōu)于單層。 硬質(zhì)合金分類 常用的硬質(zhì)合金以 WC為主要成分，根據(jù)是否加入其它碳化物而分為以下幾類： 　　（ 1）鎢鈷類（ WC+Co）硬質(zhì)合金（ YG） 　　它由 WC和 Co組成，具有較高的抗彎強(qiáng)度的韌性，導(dǎo)熱性好，但耐熱性和耐磨性較差，主要用于加工鑄鐵和有色金屬。細(xì)晶粒的 YG類硬質(zhì)合金（如 YG3X、 YG6X)，在含鈷量

5、相同時(shí)，其硬度耐磨性比 YG3、 YG6高，強(qiáng)度和韌性稍差,適用于加工硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、硬青銅等. 　　（ 2)鎢鈦鈷類（ WC+TiC+Co）硬質(zhì)合金( YT） 　　由于 TiC的硬度和熔點(diǎn)均比 WC高，所以和 YG相比，其硬度、耐磨性、紅硬性增大，粘結(jié)溫度高，抗氧化能力強(qiáng)，而且在高溫下會(huì)生成 TiO 2,可減少粘結(jié)。但導(dǎo)熱性能較差，抗彎強(qiáng)度低,所以它適用于加工鋼材等韌性材料.?? 　　(3) 鎢鉭鈷類（ WC+TaC+Co）硬質(zhì)合金( YA） 　　在 YG類硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上添加 TaC（NbC），提高了常溫、高溫硬度與強(qiáng)度、抗熱沖擊性和耐磨性，可用于加工鑄鐵和不

6、銹鋼.?? 　　( 4）鎢鈦鉭鈷類（ WC+TiC+TaC+Co） )硬質(zhì)合金 （YW)?? 　　在 YT類硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上添加 TaC(NbC),提高了抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度、抗氧能力和耐磨性。既可以加工鋼，又可加工鑄鐵及有色金屬。因此常稱為通用硬質(zhì)合金（又稱為萬(wàn)能硬質(zhì)合金)。目前主要用于加工耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。 什么是位置公差及其表示符號(hào) 位置精度是指零件上點(diǎn)、線、面各要素的實(shí)際位置相對(duì)于理想位置的準(zhǔn)確程度.位置精度是用位置公差來(lái)控制的.例如圖7－22所示的圓跳動(dòng)0.01mm，表示絲杠外軸φ50h5圓柱面基準(zhǔn)線G－G作無(wú)軸向移動(dòng)的回轉(zhuǎn)時(shí)，在任一測(cè)量平面內(nèi)的徑

7、向圓跳動(dòng)不得大于0.01mm。又如圖7－22所示的平行度0.0035mm表示絲桿外圓軸線在垂直方向上平行于基準(zhǔn)軸線D的兩平行平面之間距離不得大于0。007mm. 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1182—80至GB1184－80規(guī)定，位置公差有八項(xiàng)，其名稱和符號(hào)如表7－7所示。 形狀公差及其表示符號(hào)形狀精度是指零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對(duì)于理想形狀的準(zhǔn)確程度。形狀精度是用形狀公差來(lái)控制的.例如圖7－22所示的圓度為0.0035mm表示絲杠外圓面的實(shí)際輪廓必須位于半徑為公差值0.0035mm的兩同心圓之間。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1182-80至GB1184－80規(guī)定,形狀公差有六項(xiàng),其符號(hào)和名稱如表7－6

8、所示 什么是尺寸公差 尺寸公差是指在切削加工中零件尺寸允許的變動(dòng)量。在基本尺寸相同的情況下，尺寸公差愈小，則尺寸精度愈高。如圖7－21所示，尺寸公差等于最大極限尺寸與最小極限尺寸之差，或等于上偏差與下偏差之差。 例如:?? 最大極限尺寸＝50－0.025＝49.975mm?? 最小極限尺寸＝50－0.064＝49。936mm 尺寸公差＝最大極限尺寸－最小極限尺寸＝49.975-49.936＝0.039mm 或尺寸公差＝上偏差－下偏差＝－0.025－(-－0。064）＝0。039mm?? 國(guó)標(biāo)GB1800－79至GB1804－79將確定尺寸精度的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)分為20級(jí),

9、分別用IT01、IT0、IT1、IT2、……IT18表示。從IT01到IT18相應(yīng)的公差數(shù)值依次加大、精度依次降低. 切削加工所獲得的尺寸精度一般與使用的設(shè)備、刀具和切削條件等密切相關(guān)。尺寸精度愈高,零件的工藝過(guò)程愈復(fù)雜,加工成本也愈高。因此在設(shè)計(jì)零件時(shí),應(yīng)在保證零件的使用性能的前提下，盡量選用較低的尺寸精度. 常用加工方法所能達(dá)到的表面粗糙度值 如何高速高精度孔加工 除采用CNC切削方式對(duì)孔進(jìn)行精密加工外,還可采用鏜削和鉸削等方式對(duì)孔進(jìn)行高精度加工。隨著加工中心主軸的高速化,已可采用鏜削工具對(duì)孔進(jìn)行高速精密加工。據(jù)報(bào)道，目前在鋁合金材料上進(jìn)行φ40mm左右的鏜削加工時(shí)，切削速度

10、已可提高到1500m/min以上。在用CBN燒結(jié)體作切削刃加工鋼材、鑄鐵及高硬度鋼時(shí)，也可采用這樣的切削速度。預(yù)計(jì)，今后鏜削加工的高速化將會(huì)迅速普及推廣. 　　為了實(shí)現(xiàn)鏜削加工的高速化和高精度化，必須注意刀齒振動(dòng)對(duì)加工表面粗糙度和工具壽命的影響。為了防止加工精度和工具壽命下降，所選用的加工中心必須配備動(dòng)平衡性能優(yōu)異的主軸，所選鏜削刀具也必須具有很高的動(dòng)平衡特性。尤其是鏜削工具的刀齒部分，應(yīng)選擇適用于高速切削的幾何形狀、刀具材料及裝卡方式。切削刃端部的R應(yīng)較大,以利于提高加工效率;在保證獲得同等加工表面粗糙度的前提下，應(yīng)加大進(jìn)給量。但加大進(jìn)給量應(yīng)適可而止，否則將增大切削阻力，不利于提高加工效率

11、。切削刃帶應(yīng)設(shè)置0。1mm以下的負(fù)倒棱,這樣可有效保持刀具壽命的穩(wěn)定。 　　至于刀具材料，則視被加工材料性質(zhì)而有所不同.如加工40HRC以下的鋼等材料時(shí)，可選用金屬陶瓷刀具，這種刀具在v=300m/min以上的高速切削條件下，可獲得良好的加工表面粗糙度與較長(zhǎng)的刀具壽命。涂層硬質(zhì)合金刀具則適用于對(duì)60HRC以下的鋼材等進(jìn)行高速切削，刀具壽命非常穩(wěn)定，但切削速度稍低于金屬陶瓷刀具。 　　CBN燒結(jié)體刀具適用于加工高硬度鋼、鑄鐵等材料，切削速度可達(dá)1000m/min以上,而且刀具壽命非常穩(wěn)定。CBN刀齒的刃帶部分應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡估馓幚?，這種處理對(duì)進(jìn)行穩(wěn)定的高速切削和延長(zhǎng)刀具壽命極為有利。在對(duì)鋁合金

12、等有色金屬及非金屬材料進(jìn)行超高速切削時(shí)，可選用金剛石燒結(jié)體刀具，這種刀具切削穩(wěn)定，刀具壽命也很長(zhǎng)。應(yīng)注意的是，使用金剛石刀具時(shí)，刀齒刃帶必須進(jìn)行倒棱處理，這是保證切削穩(wěn)定的重要條件. 在鉸削加工方面,目前尚未見(jiàn)到高速、高精度的新型刀具問(wèn)世，該領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)工作似乎處于停滯不前的狀態(tài).高速鉸刀迄今仍被某些特定的用戶用來(lái)進(jìn)行高速高精度孔加工。這種鉸刀帶有負(fù)前角，剛性高,斷屑效果好，在高速切削條件下，可進(jìn)行穩(wěn)定的精密孔加工。該鉸刀的特點(diǎn)是，采用較大的負(fù)前角和奇數(shù)刀齒,其高速切削的速度是過(guò)去的鉸刀無(wú)法達(dá)到的，因此,可以說(shuō)此種設(shè)計(jì)對(duì)鉸刀的傳統(tǒng)概念進(jìn)行了大膽的突破，是一種高效率的鉸削刀具. 加工材

13、料切削刀片如何正確選用？（1） 目前，各種難加工材料如淬硬鋼、超硬燒結(jié)金屬、耐熱超級(jí)合金、雙金屬材料等已日益廣泛地應(yīng)用于工業(yè)零件的制造。雖然用此類材料制造的零件可獲得優(yōu)異的使用性能，但同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)難題：如何以合理的每件加工成本實(shí)現(xiàn)零件的最終成形加工。值得慶幸的是，如今刀具供應(yīng)商已成功開(kāi)發(fā)出了各種用于銑削、車削加工難加工材料的新型切削刀片，如涂層硬質(zhì)合金刀片、金屬陶瓷刀片、CBN刀片、PCD刀片等。這些新型材料刀片采用了特殊的幾何形狀和表面涂層，具有優(yōu)異的耐磨損性能，并可承受加工過(guò)程中的機(jī)械沖擊和熱沖擊.但是，如何在生產(chǎn)中合理、有效地使用這些切削刀片，還需要與掌握專業(yè)知識(shí)的刀具供應(yīng)商密切配

14、合. 　　由于切削刀片的成本相對(duì)較低(一般硬質(zhì)合金刀片的成本僅占加工總成本的3%，CBN刀片占加工總成本的5%～6％），因此，為節(jié)約加工成本而一味選用較便宜的刀片實(shí)際上可能并不劃算。新型材料刀片雖然價(jià)格較貴，但可以縮短加工時(shí)間，延長(zhǎng)刀具壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此可能具有更好的經(jīng)濟(jì)性。 　　另一方面，脫離實(shí)際加工需要而盲目選用新型材料刀片,也可能增大加工成本（CBN刀片的價(jià)格可達(dá)硬質(zhì)合金刀片的8～10倍）。此外，使用新型材料刀片時(shí)，如采用不正確的切削速度和進(jìn)給率，也會(huì)影響工件加工質(zhì)量和刀具使用壽命。因此，選用難加工材料切削刀片時(shí)需要正確評(píng)估加工的經(jīng)濟(jì)性和綜合考慮整個(gè)加工工藝過(guò)程. 　　CBN

15、刀片經(jīng)過(guò)了強(qiáng)化和鈍化處理，在切削硬度＞50HRC的工件材料時(shí)可有效避免崩刃現(xiàn)象 難加工材料切削刀片如何正確選用？（2） 加工經(jīng)濟(jì)性的綜合權(quán)衡 　　選擇切削刀片時(shí)，需要對(duì)整個(gè)加工任務(wù)進(jìn)行評(píng)估.在可以滿足工件尺寸精度和表面光潔度要求，并考慮了加工時(shí)間和刀片更換的前提下，選用價(jià)格相對(duì)較低的硬質(zhì)合金刀片可以實(shí)現(xiàn)較好的加工經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)準(zhǔn)確了解和綜合權(quán)衡生產(chǎn)批量、加工時(shí)間和刀片性能，就能合理選用切削刀片，達(dá)到提高生產(chǎn)率的加工效果。 　　以銑削加工材質(zhì)為燒結(jié)碳化鈦的燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片為例，當(dāng)工件批量較小時(shí),選用涂層硬質(zhì)合金刀片也可獲得較好的加工效果。在35m/min的切削速度下，硬質(zhì)合金刀片的切削刃

16、壽命僅為5～10分鐘，而大批量加工難加工材料工件的合理刀片壽命一般要求達(dá)到15～30分鐘。在小批量加工中,較短的刀片壽命和較頻繁的更換刀片對(duì)生產(chǎn)率的影響并不明顯；但在大批量滿負(fù)荷加工中，較長(zhǎng)的刀片壽命對(duì)于減少換刀輔助時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高機(jī)床利用率和生產(chǎn)能力則具有至關(guān)重要的意義。因此，當(dāng)渦輪機(jī)葉片的加工批量較大時(shí)，選用硬度更高、價(jià)格較貴的CBN刀片可能更為合理。 　　為了充分發(fā)揮先進(jìn)材料刀片的切削性能，還需要選用正確的進(jìn)給率和切削速度.以Sandvik Coromant公司的CBN刀片為例，該刀片的切削刃經(jīng)過(guò)了強(qiáng)化和鈍化處理,在切削硬度＞50HRC的工件材料時(shí)可有效避免崩刃現(xiàn)象。盡管CBN

17、刀片韌性極佳,但對(duì)切削參數(shù)的選取仍十分嚴(yán)格,如所選切削速度高于或低于理想值的10％，則可能大大降低刀片的切削性能。 　　為了實(shí)施難加工材料的切削加工，可考慮向?qū)I(yè)刀具供應(yīng)商尋求技術(shù)支持，刀具供應(yīng)商可基于其它相同的加工實(shí)例提供合理的解決方案。在需要進(jìn)行切削試驗(yàn)時(shí),通?？刹捎迷囧e(cuò)(trial-and—error）方式,即首先用硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行切削，然后換用新型材料刀片進(jìn)行對(duì)比切削,比較不同刀片的加工效果。采用先進(jìn)的刀片形狀、高剛性刀柄和優(yōu)化加工程序,通?？墒箖r(jià)格較低的硬質(zhì)合金刀片適合于難加工材料的切削。是否需要換用新型材料刀片,則應(yīng)根據(jù)具體的加工任務(wù)及加工條件而定。對(duì)于同一大類的難加工材料,通常

18、在切削刀片的選用上具有一定共性。 難加工材料切削刀片如何正確選用?（3） 淬硬鋼的切削加工 　　目前，許多合金鋼工件對(duì)硬度的要求越來(lái)越高.過(guò)去,工具鋼的應(yīng)用硬度通常為45HRC，而現(xiàn)在模具工業(yè)使用的工具鋼已普遍要求淬硬到63HRC。為了避免熱處理變形,需要對(duì)一些過(guò)去只能在熱處理之前進(jìn)行切削加工的模具實(shí)施完全淬硬狀態(tài)下的精密銑削加工。在銑削完全淬硬鋼時(shí)，產(chǎn)生的切削熱和切削壓力可能引起切削刀片的塑性變形并使刀片迅速失效.如銑削硬度為60HRC的淬硬鋼（材料中的碳化物顆粒硬度可達(dá)90HRC)時(shí)，普通的涂層硬質(zhì)合金刀片將發(fā)生后刀面快速磨損。 　　銑削硬度為60HRC的淬硬鋼（材料中的碳化物

19、顆粒硬度可達(dá)90HRC）時(shí)，普通的涂層硬質(zhì)合金刀片將發(fā)生后刀面快速磨損 　　雖然淬硬鋼不易切削,但采用硬質(zhì)合金刀片仍可實(shí)現(xiàn)對(duì)完全淬硬鋼工件的經(jīng)濟(jì)性加工。以航空零部件的加工為例，某大型飛機(jī)制造企業(yè)用Sandvik公司的GC1025硬質(zhì)合金刀片替換原來(lái)使用的金屬陶瓷刀片后,成功完成了對(duì)材料為淬硬的3000M鋼(4340變質(zhì)處理）的大尺寸鍛件的二次孔加工。被加工孔的大部分加工余量已在熱處理之前（材料硬度30～32HRC)切除，但為了修正熱處理變形,這種大尺寸工件上的精密孔必須在工件完全淬硬后(硬度達(dá)54～55HRC）進(jìn)行二次切削加工。由于被加工孔位于工件深處,特殊的工件形貌使加工相當(dāng)困難，因此需要

20、經(jīng)過(guò)三次走刀切削才能達(dá)到要求的尺寸精度和表面光潔度.高硬度的材料加上斷續(xù)切削方式，使原來(lái)使用的金屬陶瓷刀片還未完成一次走刀其切削刃即崩損失效，而崩壞的刀片可能造成工件報(bào)廢的危險(xiǎn).換用經(jīng)PVD涂層的細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀片后，刀具的韌性和鋒銳性顯著提高,可以順利完成6~9次走刀切削。換用硬質(zhì)合金刀片后，刀具供應(yīng)商推薦將切削速度從原來(lái)的90m/min降低到53m/min，但切削深度保持不變。切削速度降低后，硬質(zhì)合金刀片完成對(duì)孔的三次走刀切削需時(shí)約20分鐘,而原來(lái)使用金屬陶瓷刀具加工則需要一個(gè)多小時(shí)。更為重要的是增強(qiáng)了硬質(zhì)合金刀片切削刃的安全性,大大減少了因刀具崩刃導(dǎo)致昂貴工件報(bào)廢的危險(xiǎn)。 　　為了獲得

21、硬質(zhì)合金刀片銑削淬硬鋼的合理切削參數(shù)，可進(jìn)行刀具切削試驗(yàn)。試切時(shí),切削速度的選取通?？蓮?0m/min起，直至增加到45~55m/min;進(jìn)給率通常為0。075~0。1mm/每齒。一般來(lái)說(shuō),采用零前角或小負(fù)前角的刀片形狀比采用正前角的刀片形狀強(qiáng)度更高。加工淬硬鋼時(shí),采用圓形硬質(zhì)合金刀片也較為有利，因?yàn)閳A形刀片強(qiáng)度較高,且外形圓鈍的切削刃不易發(fā)生破損。 　　選擇硬質(zhì)合金刀片牌號(hào)時(shí)，可考慮選用高韌性牌號(hào).此類牌號(hào)刀片的切削刃安全性較好，可承受切削淬硬鋼時(shí)較大的徑向切削力和劇烈的切入、切出沖擊。此外，特殊設(shè)計(jì)的高溫硬質(zhì)合金牌號(hào)可以承受切削淬硬鋼(HRC60)時(shí)產(chǎn)生的大量切削熱.帶氧化鋁涂層的抗沖擊

22、硬質(zhì)合金刀片也能抗擊銑削淬硬鋼時(shí)產(chǎn)生的高溫。 難加工材料切削刀片如何正確選用？（4) 粉末合金的切削加工 　　隨著粉末冶金技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用于不同領(lǐng)域的各種超硬燒結(jié)金屬（粉末合金)材料層出不窮。如某制造商開(kāi)發(fā)了一種包含碳化鎢(WC）或碳化鈦(TiC)顆粒的復(fù)合型粉末鎳合金，其硬度達(dá)到53～60HRC，鎳合金基體中的碳化物顆粒硬度可達(dá)90HRC。銑削加工這種材料時(shí)，涂層硬質(zhì)合金刀片很快會(huì)發(fā)生后刀面磨損,主切削刃被磨損為扁平狀；材料微觀結(jié)構(gòu)中存在的超硬顆粒會(huì)引起“微振顫”，導(dǎo)致刀片加速磨損；切削工件時(shí)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力還可能造成硬質(zhì)合金刀片碎裂。 　　采用CBN刀片則可較好解決含碳化鎢和

23、碳化鈦顆粒的硬質(zhì)粉末合金材料的切削加工問(wèn)題。改進(jìn)的刀片幾何形狀可以有效克服“微振顫”現(xiàn)象。某用戶銑削加工復(fù)合型粉末合金工件時(shí)發(fā)現(xiàn),新型CBN刀片的加工壽命比最好的硬質(zhì)合金刀片提高了2000倍以上。切削試驗(yàn)表明，用安裝了5個(gè)CBN刀片的面銑刀切削加工硬質(zhì)粉末合金材料（切削速度60m/min，進(jìn)給率0。18mm/每刃）,其加工效率可比放電加工(線切割）提高75％. 　　為了充分發(fā)揮CBN刀片的最佳性能，必須將切削參數(shù)嚴(yán)格控制在合理范圍內(nèi)。雖然50m/min左右的切削速度和0。1～0。15mm/每齒的進(jìn)給率顯得并不高，但在加工粉末合金材料時(shí)卻能獲得很高的生產(chǎn)率。通過(guò)30～60秒鐘的試切，可以準(zhǔn)確地

24、確定最佳切削參數(shù)。試切時(shí),可從低速切削開(kāi)始,逐漸增大切削速度,直至刀片切削刃出現(xiàn)過(guò)度磨損為止. 　　加工難加工材料時(shí)，為了使刀片切削刃溫度保持恒定，一般應(yīng)采用干式切削。在大多數(shù)情況下，具有雙負(fù)角幾何形狀的圓形刀具加工效果最好，且切削深度通常應(yīng)控制在1~2mm. 　　銑削屬于斷續(xù)切削。加工時(shí)，硬度達(dá)60HRC或更高的工件材料對(duì)刀具持續(xù)不斷的沖擊將造成巨大的加工應(yīng)力.因此，為了在銑削加工中提供足夠高的抗沖擊能力，要求加工機(jī)床和工具系統(tǒng)必須具有最高的剛性、最小的懸伸長(zhǎng)度和最大的強(qiáng)度。 難加工材料切削刀片如何正確選用？（5) 耐熱超級(jí)合金的切削加工 　　為航空航天工業(yè)開(kāi)發(fā)的耐熱超級(jí)合金

25、（HRSAs)現(xiàn)在正越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于汽車、醫(yī)療、半導(dǎo)體、發(fā)電設(shè)備等行業(yè)。除了常見(jiàn)的耐熱超級(jí)合金牌號(hào)(如Inconel 718/625、Waspalloy、6A14V鈦合金等)以外，現(xiàn)在又開(kāi)發(fā)出了多種新型鈦基合金和鋁/鎂基合金牌號(hào)。所有的耐熱超級(jí)合金均屬于難加工材料范疇。 　　超級(jí)合金的硬度很高,某些鈦合金牌號(hào)的加工硬度達(dá)到330HB。對(duì)于普通合金而言,當(dāng)切削區(qū)溫度高于1100℃時(shí),材料中的分子結(jié)合鏈就會(huì)發(fā)生軟化，并出現(xiàn)有利于成屑的流動(dòng)區(qū).反之，耐熱超級(jí)合金優(yōu)良的抗高溫性能使其在切削加工全過(guò)程中均保持高硬度. 　　耐熱超級(jí)合金被切削時(shí)還具有冷作硬化傾向，很容易造成切削刀片過(guò)早崩刃失效。切削

26、時(shí),工件的被切表面會(huì)生成耐磨的冷硬鱗屑層，使刀片切削刃快速磨損。 　　加工淬硬鋼時(shí),采用圓形硬質(zhì)合金刀片也較為有利，因?yàn)閳A形強(qiáng)度較高,切削刃不易發(fā)生破損 　　鑒于超級(jí)合金的難加工特性，加工時(shí)通常采用較低的切削速度。例如，用Sandvik GC2040牌號(hào)硬質(zhì)合金刀片銑削超級(jí)合金Inconel 718材質(zhì)剎車鍵的切削速度為60m/min；用Sandvik 7020 CBN刀片對(duì)Inconel 718進(jìn)行外圓/端面車削的切削速度為80m/min。與此對(duì)比，用未涂層硬質(zhì)合金刀片切削工具鋼的切削速度一般可達(dá)120～240m/min。切削超級(jí)合金時(shí)的進(jìn)給量通常與切削工具鋼的進(jìn)給量相當(dāng)。 　　加工超

27、級(jí)合金時(shí),切削刀片的選擇主要取決于被加工材料和工件類型。為了提高加工效率，加工薄壁工件時(shí)可選用具有正前角切削刃的硬質(zhì)合金刀片，而加工厚壁工件時(shí)則需要選用具有負(fù)前角切削刃的陶瓷刀片，以增強(qiáng)刀片切削時(shí)的“耕犁"作用。對(duì)于大多數(shù)難加工材料,應(yīng)首選干式切削，以保持刀片切削刃溫度恒定。但在加工鈦合金時(shí)，即使切削速度很低，也必須使用冷卻液。 　　由于耐熱超級(jí)合金在切削過(guò)程中始終保持高硬度，因此會(huì)加速切削刀片端部倒圓的磨損。采用切削刃圓鈍的圓形刀片可大大提高切削刃的強(qiáng)度,但超級(jí)合金的冷作硬化傾向會(huì)導(dǎo)致刀片崩刃現(xiàn)象加劇。通過(guò)在連續(xù)多次走刀時(shí)改變切削深度，可使刀片避開(kāi)工件表面形成的冷作硬化層，從而減少刀片崩刃

28、，延長(zhǎng)切削刃的工作壽命.一次走刀的切深變化量可為7。6mm，后序切削的切深變化量可為3.2mm和2。5mm。 難加工材料切削刀片如何正確選用?（6） 雙金屬材料的切削加工 　　雙金屬材料的構(gòu)成是將較硬的材料置于選定的易磨損部位，然后在周圍環(huán)繞(或混合）其它較軟的合金材料.雙金屬材料在汽車工業(yè)及其它行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)也帶來(lái)了特殊的加工難題。CBN刀片可以高效切削硬度大于50HRC的硬合金，但在切削雙金屬材料中的軟合金時(shí)卻可能發(fā)生碎裂。PCD刀片能夠切削加工耐磨鋁合金，但在切削鐵族金屬材料時(shí)則容易發(fā)生過(guò)度磨損。 　　為了實(shí)現(xiàn)雙金屬材料的高效加工，需要用戶、刀具供應(yīng)商和機(jī)床制造商

29、共同開(kāi)發(fā)精確的切削加工程序。例如,某種雙金屬材料是將高硬度的復(fù)合型粉末合金通過(guò)熱均衡壓制工藝嵌入價(jià)格便宜的316不銹鋼基體中制成.加工時(shí)，需要編制螺旋插補(bǔ)刀軌程序并輸入機(jī)床控制系統(tǒng),以優(yōu)化的進(jìn)給量和切削速度首先加工粉末合金材料部位，然后再加工基體部分。 　　為了高效加工由鋁合金和鑄鐵氣缸墊組合構(gòu)成的雙金屬氣缸體，汽車制造商必須同時(shí)克服鋁合金的耐磨性和鑄鐵的高硬度。由于較硬的鑄鐵氣缸墊(易磨損部位)與較軟的鋁合金缸體難以隔離，因此不宜采用分別加工方式。但是，通過(guò)合理編制機(jī)床加工程序，采用極低的切削速度和極小的切削深度，可使耐磨損PCD刀片能夠同時(shí)加工鋁合金和鑄鐵兩種材料，從而避免了在加工過(guò)程中

30、頻繁換刀。 高速切削技術(shù)有何特點(diǎn)？ 高速切削針對(duì)不同金屬材料的工件，當(dāng)切削速度到達(dá)某一特定值時(shí),切削溫度不但不會(huì)升高反而會(huì)降低,產(chǎn)品的質(zhì)量也會(huì)改善，生產(chǎn)效率也會(huì)大幅度提高。 　　高速切削與加工材料、加工方式、刀具及切削參數(shù)等有很大的關(guān)系.一般認(rèn)為，高速切削的切削速度是常規(guī)切削速度的5～10倍,鋁合金1 500~5 500m/min；銅合金900~5 000m/min;鈦合金100～1 000m/min；鑄鐵750～4 500m/min；鋼600~800m/min.各種材料的高速切削進(jìn)給速度范圍為2～25m/min。 　　高速切削之所以得到工業(yè)界越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，是因?yàn)樗鄬?duì)傳統(tǒng)加工

31、具有顯著的優(yōu)越性,具體說(shuō)來(lái)有以下特點(diǎn)： 　　1.可提高生產(chǎn)效率 　　高速切削加工允許使用較大的進(jìn)給率,比常規(guī)切削加工提高5~10倍，單位時(shí)間材料切除率可提高3～6倍.當(dāng)加工需要大量切除金屬的零件時(shí)，可使加工時(shí)間大大減少. 　　2.降低了切削力 　　由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力較小,與常規(guī)切削相比,切削力至少可降低30％，這對(duì)于加工剛性較差的零件來(lái)說(shuō)可減少加工變形，使一些薄壁類精細(xì)工件的切削加工成為可能。 　　3。提高了加工質(zhì)量 　　因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)時(shí)刀具切削的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng),保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削

32、寬度和切削力都很小,使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的精確性，也使得切削破壞層變薄，殘余應(yīng)力小，實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工. 　　從動(dòng)力學(xué)角度分析頻率的形成可知,切削力的降低將減小由于切削力產(chǎn)生的振動(dòng)（即強(qiáng)迫振動(dòng)）的振幅;轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的固有頻率，避免共振的發(fā)生；因此高速切削可大大降低加工表面粗糙度,提高加工質(zhì)量. 　　4.加工能耗低，節(jié)省制造資源 　　由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的在制時(shí)間短,從而提高了能源和設(shè)備的利用率，降低了切削加工在制造系統(tǒng)資源總量中的比例，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。 　　5.簡(jiǎn)化了加工工藝流程 　　常規(guī)切削加工不能加工淬火后

33、的材料,淬火變形必須進(jìn)行人工修整或通過(guò)放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來(lái)的表面硬化問(wèn)題,減少或免除了人工光整加工。 　　由于高速切削的特點(diǎn)決定了高速切削可以節(jié)省切削液、刀具材料和切削工時(shí)，從而可極大限度地節(jié)約自然資源和減少對(duì)環(huán)境的污染，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，因此，高速切削在工業(yè)生產(chǎn)尤其是規(guī)模較大的汽車企業(yè)和與之相關(guān)的模具制造業(yè)上的應(yīng)用具有“燎原"之勢(shì)。 影響材料可切削性首要因素是什么？ 鋼的化學(xué)成分很重要：鋼的合金成分越高，就越難加工；當(dāng)碳含量增加時(shí),金屬切削性能就下降。 　　鋼的結(jié)構(gòu)對(duì)金屬切削性能也非常重要。

34、不同的結(jié)構(gòu)包括：鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過(guò)的。鍛件和鑄件有非常難于加工的表面。 　　硬度是影響金屬切削性能的一個(gè)重要因素.一般規(guī)律是鋼越硬，就越難加工。高速鋼（HSs）可用于加工硬度最高為330—400 HB的材料：高速鋼+鈦化氮（T i N)涂層,可加工硬度最高為45HRC的材料；而對(duì)于硬度為65—70lHRC的材料，則必須使用硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼(CBN). 　　非金屬參雜一般對(duì)刀具壽命有不良影響。 　　例如A l 203氧化鋁),它是純陶瓷,有很強(qiáng)的磨蝕性。 　　最后一個(gè)是殘余應(yīng)力，它能引起金屬切削件能問(wèn)題。常常推薦存粗加工后進(jìn)行應(yīng)力釋放工序。

35、 切削用量如何合理選擇？ 切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對(duì)加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和機(jī)床動(dòng)力性能(功率、扭矩），在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。?? ? ? 一 制訂切削用量時(shí)考慮的因素 ? ? 1. 切削加工生產(chǎn)率?? ? ? 在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素ap、f、v均保持線性關(guān)系,即其中任一參數(shù)增大一倍，都可使生產(chǎn)率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約，當(dāng)任一參數(shù)增大時(shí)，其它二參數(shù)必須減小.因此,在制訂切削用量時(shí),三要素獲得最佳組合,此

36、時(shí)的高生產(chǎn)率才是合理的。?? ? ? 2. 刀具壽命?? ? ? 切削用量三要素對(duì)刀具壽命影響的大小，按順序?yàn)関、f、ap。因此，從保證合理的刀具壽命出發(fā)，在確定切削用量時(shí),首先應(yīng)采用盡可能大的背吃刀量;然后再選用大的進(jìn)給量；最后求出切削速度。?? ? ? 3. 加工表面粗糙度?? ? ? 精加工時(shí),增大進(jìn)給量將增大加工表面粗糙度值.因此，它是精加工時(shí)抑制生產(chǎn)率提高的主要因素. ? ? 二 刀具壽命的選擇原則 ? ? 切削用量與刀具壽命有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命,而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種,

37、前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定,后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。?? 選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)：?? ? ? 1。 根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來(lái)選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。?? ? ? 2。 對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。?? ? ? 3. 對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。?? ? ? 4。 車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選得低些；當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所

38、分擔(dān)到的全廠開(kāi)支M較大時(shí),刀具壽命也應(yīng)選得低些。?? ? ? 5。 大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀,避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來(lái)確定。 ? ? 三 切削用量制定的步驟 ? ? 1。 背吃刀量的選擇?? ? ? 2. 進(jìn)給量的選擇?? ? ? 3。 切削速度的確定?? ? ? 4. 校驗(yàn)機(jī)床功率 ? ? 四 提高切削用量的途徑 ? ? 1. 采用切削性能更好的新型刀具材料；?? ? ? 2。 在保證工件機(jī)械性能的前提下，改善工件材料加工性；?? ? ? 3。 改善冷卻潤(rùn)滑條件;?? ? ? 4。 改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，提高刀具制造質(zhì)量。

39、 機(jī)械加工表面粗糙度及其影響因素有哪些? 加工表面幾何特性包括表面粗糙度、表面波度、表面加工紋理幾個(gè)方面。表面粗糙度是構(gòu)成加工表面幾何特征的基本單元.用金屬切削刀具加工工件表面時(shí)，表面粗糙度主要受幾何因素、物理因素和機(jī)械加工工藝因素三個(gè)方面的作用和影響.（1）幾何因素從幾何的角度考慮。 　?。?）幾何因素 　　從幾何的角度考慮，刀具的形狀和幾何角度，特別是刀尖圓弧半徑、主偏角、副偏角和切削用量中的進(jìn)給量等對(duì)表面粗糙度有較大的影響。 　　(2）物理因素 　　從切削過(guò)程的物理實(shí)質(zhì)考慮,刀具的刃口圓角及后面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，嚴(yán)重惡化了表面粗糙度。在加工塑性材料而形成帶狀

40、切屑時(shí),在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤。它可以代替前刀面和切削刃進(jìn)行切削，使刀具的幾何角度、背吃刀量發(fā)生變化。積屑瘤的輪廓很不規(guī)則,因而使工件表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕。有些積屑瘤嵌入工件表面，更增加了表面粗糙度。 　　切削加工時(shí)的振動(dòng)，使工件表面粗糙度參數(shù)值增大. 　　(3）工藝因素 　　從工藝的角度考慮其對(duì)工件表面粗糙度的影響,主要有與切削刀具有關(guān)的因素、與工件材質(zhì)有關(guān)的因素和與加工條件有關(guān)因素等。 切削不銹鋼時(shí)怎樣選擇刀具材料 合理選擇刀具材料是保證高效率切削加工不銹鋼的重要條件。根據(jù)不銹鋼的切削特點(diǎn)，要求刀具材料應(yīng)具有耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼的親和作用小

41、等特點(diǎn).目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。 高速鋼的選擇:高速鋼主要用來(lái)制造銑刀、鉆頭、絲錐、拉刀等復(fù)雜多刃刀具.普通高速鋼W18Cr4V使用時(shí)刀具耐用度很低已不符合需要，采用新型高速鋼刀具切削不銹鋼可獲得較好的效果. 在相同的車削條件下，用W18Cr4V和95w18Cr4V兩種材料的刀具加工1Cr17Ni2工件,刀具刃磨一次加工的件數(shù)分別為2～3件和12件，用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了幾倍.這是由于提高了鋼的含碳量，從而增加了鋼中碳化物含量，常溫硬度提高2HRC紅硬性更好，600℃時(shí)由W18Cr4V的HRC48。5上升到HRC51～52，耐磨性比W18Cr4V提高2~3倍

42、。 應(yīng)用高釩高速鋼W12Cr4V4Mo制作型面銑刀加工1Cr17Ni2可以獲得較高的刀具耐用度.因?yàn)楹C量增加，可在鋼中形成硬度很高的VC,細(xì)小的VC存在于晶介,可以阻止晶粒長(zhǎng)大,提高鋼的耐磨性；W12Cr4V4Mo的紅硬性很好，600℃時(shí)硬度可達(dá)HRC51.7，因此適合于制作切削不銹鋼的各種復(fù)雜刀具.但其強(qiáng)度（sb=3140 MPa）及沖擊韌性（ak=2.5 J/cm3）略低于W18Cr4V，使用時(shí)要稍加注意. 隨著刀具制作技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于批量大的工件，采用硬質(zhì)合金多刃、復(fù)雜刀具進(jìn)行切削加工效果會(huì)更好。 硬質(zhì)合金的選擇:YG類硬質(zhì)合金的韌性較好,可采用較大的前角，刀刃也可以磨

43、得鋒利些，使切削輕快，且切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié)，較適于加工不銹鋼。特別是在振動(dòng)的粗車和斷續(xù)切削時(shí)，YG類合金的這一優(yōu)點(diǎn)更為重要。另外，YG類合金的導(dǎo)熱性較好，其導(dǎo)熱系數(shù)比高速鋼高將近兩倍，比YT類合金高一倍。因此YG類合金在不銹鋼切削中應(yīng)用較多，特別是在粗車刀、切斷刀、擴(kuò)孔鉆及鉸刀等制造中應(yīng)用更為廣泛。 較長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌號(hào)的硬質(zhì)合金作為切削不銹鋼的刀具材料，但均不能獲得較理想的效果；采用新牌號(hào)硬質(zhì)合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等，切削不銹鋼可獲得較好的效果。而用813牌號(hào)硬質(zhì)合金刀具切削奧氏體不銹鋼效果很好，因?yàn)?13合金既具有較高的硬度(≥HRA91）、強(qiáng)度(sb=1570MPa），又具有良好的高溫韌性、抗氧化性、抗粘結(jié)性,其組織致密耐磨性好。