本帖最后由 拉刀大哥 于 2017-3-21 10:11 編輯
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) [2 v; T4 H5 ^1 q! o" b以下內(nèi)容轉(zhuǎn)自公眾號(hào)機(jī)加小諸葛
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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(guò)程。切削工藝的歷史由來(lái)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(méi)有一個(gè)極限呢？
) p3 ]0 ?2 V% K0 F薩洛蒙假說(shuō)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(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，而無(wú)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(guò)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(guò)了這個(gè)范圍，加工就無(wú)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(wú)法突破的，但是有一個(gè)薩洛蒙假說(shuō)的提出卻為突破“死谷”帶來(lái)了一絲曙光。這一假說(shuō)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(guò)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(shuō)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& E f, [5 o! Y
6 m) \, X$ Q7 |! K2 o# f+ W9 h4 Y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(lái)，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(lái)，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(kāi)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。 ) _- b; p) b) A) X. E+ B: |
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現(xiàn)階段研究重點(diǎn)和難點(diǎn)
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c. I h# s1 [$ _( t6 k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(méi)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(guò)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(guò)程中。
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技術(shù)優(yōu)勢(shì)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)- o0 p5 F7 a, b) U% P4 B2 D% t# u
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?gòu)拿糠昼?000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 09:24:41
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