本帖最后由 拉刀大哥 于 2017-3-21 10:11 編輯
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以下內(nèi)容轉(zhuǎn)自公眾號機加小諸葛
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! k3 o; k3 D6 C L" [切削工藝是機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，可以上溯到石器時代原始人類對磨制刀具的使用。而現(xiàn)代切削工藝通常與機床等設(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極限呢？
% ]" }& G9 {) e3 Y# O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，還與加工時的溫度有直接關(guān)系。眾所周知，切削過程會產(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)都對溫度有一定的耐受極限，超過極限就會造成損壞。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，如果超過了這個范圍，加工就無法進(jìn)行，因此，這個區(qū)域被稱為切削工藝的“死谷”。 在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，人們認(rèn)為“死谷”是無法突破的，但是有一個薩洛蒙假說的提出卻為突破“死谷”帶來了一絲曙光。這一假說是由德國物理和機械學(xué)家卡爾·薩洛蒙在1931年提出的，他在參考了大量的切削實驗結(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，隨著速度的增加，溫度反而會遞減。這樣就有可能在高速運轉(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。中國西北工業(yè)大學(xué)和成都飛機工業(yè)集團(tuán)的研究人員就曾用紅外熱像儀對銑削過程進(jìn)行了溫度動態(tài)監(jiān)視和測量，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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; y6 l/ b1 V# Q1 d1 A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、德國、日本、法國、意大利等國家在這一技術(shù)上保持領(lǐng)先地位，并已將其引入到機床生產(chǎn)和設(shè)備加工中來，主要應(yīng)用在飛機、汽車及模具制造等領(lǐng)域。 隨著市場需求的日益增加，我國也已經(jīng)意識到完善這一技術(shù)對發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要意義。上世紀(jì)90年代初，國家基金委、國家計委和航空工業(yè)總公司開始對高速切削工藝的研究提供支持。在“國家‘十五’重點領(lǐng)域技術(shù)預(yù)測研究”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目和經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展急需高技術(shù)項目中的重要內(nèi)容。然而，與國外先進(jìn)水平相比，我們目前仍存在一定差距。
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現(xiàn)階段研究重點和難點8 m7 M) C# c7 C
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在進(jìn)行高速、超高速切削作業(yè)時，由于摩擦產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通切削，因此對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，尤其是對于黑色金屬及難加工材料的高速切削加工機理尚在探索階段，也是當(dāng)前階段研究的重點和難點。對各種不同的金屬材料在高速切削過程中的切屑形成機理、切削力、切削熱變化規(guī)律及刀具磨損對加工效率、加工精度和加工表面完整性會產(chǎn)生哪些影響，也在不斷研究過程中。
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技術(shù)優(yōu)勢和未來發(fā)展趨勢
* _ n; ]8 L. 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完成，從而縮短了工期，而且這種技術(shù)使機床結(jié)構(gòu)也趨于簡化，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)到工件上將會更加分散，單位長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，不易受機床自身震動的影響，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，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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