高速切削与磨削PPT

机械制造技术高速切削与磨削2概概述述ØØ11993311年年德德国国切切削削物物理理学学家家CC..JJ..SSaalloommoomm在在““高高速速切切削削原原理理””一一文文中中给给出出了了著著名名的的““SSaalloommoomm曲曲线线””————对对应应于于一一定定的的工工件件材材料料存存在在一一个个临临界界切切削削速速度度，，此此点点切切削削温温度度最最高高，，超超过过该该临临界界值值，，切切削削速速度度增增加加，，切切削削温温度度反反而而下下降降。。ØØSSaalloommoomm的的理理论论与与实实验验结结果果，，引引发发了了人人们们极极大大的的兴兴趣趣，，并并由由此此产产生生了了““高高速速切切削削（（HHSSCC））””的的概概念念。。ØØ尚尚无无统统一一定定义义，，一一般般认认为为高高速速加加工工是是指指采采用用超超硬硬材材料料的的刀刀具具，，通通过过极极大大地地提提高高切切削削速速度度和和进进给给速速度度，，来来提提高高材材料料切切除除率率、、加加工工精精度度和和加加工工表表面面质质量量的的现现代代加加工工技技术术。。ØØ以以切切削削速速度度和和进进给给速速度度界界定定：：高高速速加加工工的的切切削削速速度度和和进进给给速速度度为为普普通通切切削削的的55～～1100倍倍。。ØØ以以主主轴轴转转速速界界定定：：高高速速加加工工的的主主轴轴转转速速≥≥1100000000rr//mmiinn。。33..88..11高高速速加加工工概概述述q高速加工定义333..88..11高高速速加加工工概概述述图3-31Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区06001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite合金850℃16001200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属4图3-32高速与超高速切削速度范围10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金q高速加工的切削速度范围ØØ高高速速加加工工切切削削速速度度范范围围因因不不同同的的工工件件材材料料而而异异，，见见图图33--3322◎◎车削：700-7000m/min◎◎铣削：300-6000m/min◎◎钻削：200-1100m/min◎◎磨削：50-300m/sØØ高高速速加加工工切切削削速速度度范范围围随随加加工工方方法法不不同同也也有有所所不不同同33..88..11高高速速加加工工概概述述5ØØ加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍ØØ切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件ØØ切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件ØØ加工精度高：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易于保证加工精度和表面质量ØØ工序集约化：可获得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定条件下，可对硬表面进行加工，从而可使工序集约化。这对于模具加工具有特别意义q高速加工的特点33..88..11高高速速加加工工概概述述RealReal6ØØ航空航天：◎◎带带有有大大量量薄薄壁壁、、细细筋筋的的大大型型轻轻合合金金整整体体构构件件加加工工，，材材料料去去除除率率达达110000--118800ccmm33//mmiinn。。◎◎镍镍合合金金、、钛钛合合金金加加工工，，切切削削速速度度达达220000--11000000mm//mmiinnØØ汽车工业：q高速加工的应用33..88..11高高速速加加工工概概述述◎◎采采用用高高速速数数控控机机床床和和高高速速加加工工中中心心组组成成高高速速柔柔性性生生产产线线，，实实现现多多品品种种、、中中小小批批量量的的高高效效生生产产（（图图33--3333））ØØ模具制造：◎◎高高速速铣铣削削代代替替传传统统的的电电火火花花成成形形加加工工，，效效率率提提高高33--55倍倍（（图图33--3344，，图图33--3355））。。ØØ仪器仪表：◎◎精精密密光光学学零零件件加加工工。。7ØØ高高速速加加工工虽虽具具有有众众多多的的优优点点，，但但由由于于技技术术复复杂杂，，且且对对于于相相关关技技术术要要求求较较高高，，使使其其应应用用受受到到限限制制。。33..88..11高高速速加加工工概概述述ØØ与与高高速速加加工工密密切切相相关关的的技技术术主主要要有有：：◎◎高高速速加加工工刀刀具具与与磨磨具具制制造造技技术术；；◎◎高高速速主主轴轴单单元元制制造造技技术术；；◎◎高高速速进进给给单单元元制制造造技技术术；；◎◎高高速速加加工工在在线线检检测测与与控控制制技技术术；；◎◎其其他他：：如如高高速速加加工工毛毛坯坯制制造造技技术术，，干干切切技技术术，，高高速速加加工工的的排排屑屑技技术术、、安安全全防防护护技技术术等等。。ØØ此此外外高高速速切切削削与与磨磨削削机机理理的的研研究究，，对对于于高高速速切切削削的的发发展展也也具具有有重重要要意意义义。。88刀具材料种类合金高速钢硬质合金陶瓷天然聚晶金刚石聚晶立方氮工具钢W18Cr4VYG6Si3N4金刚石PCD化硼PCBN材料性能硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000HV7500HV4000抗弯强度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa导热系数40-5020-3070-10030-40146.5100-12040-100热稳定性350℃620℃1000℃1400℃800℃600-800℃＞1000℃化学惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低较高高最高最高很高一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4-0.2加工质量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05IT5-6IT7-8IT5-6可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料表3-3普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比33..88..22高高速速加加工工刀刀具具9图3-36金刚石（左）与CBN（右）原子结构碳原子氮原子硼原子ØØ金金刚刚石石与与CCBBNN晶晶体体结结构构相相似似，，每每一一个个原原子子都都以以理理想想四四面面体体方方式式以以110099°°2288′′键键角角与与邻邻近近44个个原原子子结结合合。。金金刚刚石石中中的的每每个个CC原原子子都都以以共共价价键键方方式式与与邻邻近近44个个CC原原子子结结合合。。CCBBNN中中每每个个NN原原子子与与44个个BB原原子子结结合合，，每每个个BB原原子子又又与与44个个NN原原子子结结合合，，并并存存在在少少数数离离子子键键。。33..88..22高高速速加加工工刀刀具具10q天然金刚石ØØ天天然然金金刚刚石石是是目目前前已已知知的的最最硬硬物物质质，，根根据据其其质质量量不不同同，，硬硬度度范范围围为为HHVV88000000--1122000000，，相相对对密密度度为为33..4488--33..5566。。ØØ天天然然金金刚刚石石是是一一种种各各向向异异性性的的单单晶晶体体，，在在晶晶体体上上取取向向不不同同，，硬硬度度及及耐耐磨磨性性也也不不相相同同。。ØØ天天然然金金刚刚石石耐耐磨磨性性极极好好，，刀刀具具寿寿命命可可长长达达数数百百小小时时；；刃刃口口锋锋利利，，切切削削刃刃钝钝圆圆半半径径可可达达00..0011μμmm。。ØØ天天然然金金刚刚石石耐耐热热性性为为770000--880000℃℃，，高高于于此此温温度度，，碳碳原原子子转转化化为为石石墨墨结结构构，，硬硬度度丧丧失失。。ØØ天天然然金金刚刚石石价价格格昂昂贵贵，，刃刃磨磨困困难难，，主主要要用用于于加加工工精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度要要求求极极高高的的零零件件，，如如激激光光反反射射镜镜、、感感光光鼓鼓、、多多面面镜镜、、磁磁盘盘等等。。33..88..22高高速速加加工工刀刀具具11q聚晶金刚石ØØ人人造造金金刚刚石石是是在在高高温温高高压压条条件件下下，，借借助助于于某某些些合合金金触触媒媒的的作作用用，，由由石石墨墨转转化化而而成成。。ØØ在在高高温温高高压压下下，，金金刚刚石石粉粉经经二二次次压压制制形形成成聚聚晶晶金金刚刚石石（（2200世世纪纪6600年年代代出出现现））。。ØØ聚聚晶晶金金刚刚石石不不存存在在各各向向异异性性，，硬硬度度略略低低于于天天然然金金刚刚石石，，为为HHVV66550000--88000000。。ØØ聚聚晶晶金金刚刚石石价价格格便便宜宜，，焊焊接接方方便便，，可可磨磨性性好好，，应应用用广广泛泛，，可可在在大大部部分分场场合合代代替替天天然然金金刚刚石石。。ØØ用用等等离离子子CCVVDD（（化化学学气气相相沉沉积积））可可将将聚聚晶晶金金刚刚石石作作成成涂涂层层，，用用途途和和聚聚晶晶金金刚刚石石刀刀具具相相同同。。ØØ金金刚刚石石刀刀具具不不适适于于加加工工铁铁族族材材料料，，因因为为金金刚刚石石中中的的碳碳元元素素与与铁铁元元素素有有很很强强的的亲亲和和力力，，碳碳元元素素极极易易向向含含铁铁的的工工件件扩扩散散，，使使金金刚刚石石刀刀具具很很快快磨磨损损。。33..88..22高高速速加加工工刀刀具具12ØØ聚晶金刚石应用实例表3-4聚晶金刚石应用实例加工对象硬度加工方式工艺参数加工效果铝合金端铣v=4000m/mimRa0.8-0.4μm共晶硅HRC71车削v=600m/mim一次刃磨切削行程800km铝合金f=0.1mm/rRa0.8μm，刀具寿命为硬质合金的50倍共晶硅HRC71铣削v=2900m/mim刀具寿命为硬质合金的80倍vf=0.018mm/齿Ra0.8μm玻璃纤维HRA87车削v=500m/mim刀具寿命为硬质合金的强化塑料150倍，Ra0.8-0.4μm热塑性醋铣削v=4500m/s比硬质合金寿命提高380倍酸盐vf=10mm/minRa=0.8μm高Si-Al铣削v=2200m/mimRa=0.8μm铸造件铝合金钻削v=360m/mim以钻代镗，Ra=0.8μm33..88..22高高速速加加工工刀刀具具13ØØ较较高高的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性：：CCBBNN晶晶体体结结构构与与金金刚刚石石相相似似，，化化学学键键类类型型相相同同，，晶晶格格常常数数相相近近。。CCBBNN粉粉末末硬硬度度HHVV88000000，，PPCCBBNN硬硬度度33000000--55000000。。切切削削耐耐磨磨材材料料时时，，其其耐耐磨磨性性为为硬硬质质合合金金刀刀具具的的5500倍倍，，涂涂层层硬硬质质合合金金刀刀具具的的3300倍倍，，陶陶瓷瓷刀刀具具的的2255倍倍。。◆◆PCBN切削性能q聚晶立方氮化硼(PCBN/PolycrystallineCubicBoronNitride)1970年问世500040003000200010000硬度/HV02004006008001000温度/℃BN100BN20陶瓷硬质合金图3-37PCBN刀具高温硬度ØØ高高的的热热稳稳定定性性：：热热稳稳定定性性明明显显优优于于金金刚刚石石刀刀具具（（图图33--3377））33..88..22高高速速加加工工刀刀具具14ØØ良良好好的的化化学学稳稳定定性性11220000--11330000℃℃与与铁铁系系材材料料不不发发生生化化学学反反应应；；22000000℃℃才才与与碳碳发发生生化化学学反反应应；；对对各各种种材材料料粘粘结结、、扩扩散散作作用用比比硬硬质质合合金金小小的的多多。。化化学学稳稳定定性性优优于于金金刚刚石石刀刀具具，，特特别别适