高速切削-課件 (17)

1、1 2 q 高速加工定義 3 圖3-31 Salomon切削溫度與切削速度曲線 切削適應(yīng)區(qū) 軟鋁 切削速度v/(m/min) 切削不 適應(yīng)區(qū) 0 600 1200 1800 2400 3000 青銅 鑄鐵 鋼 硬質(zhì)合金980 高速鋼650 碳素工具鋼450 Stelite合金850 1600 1200 800 400 切削溫度/ 切削適應(yīng)區(qū) 非鐵金屬 4 圖3-32 高速與超高速切削速度范圍 10 100 1000 10000 切削速度V（m/min） 塑料 鋁合金 銅 鑄鐵 鋼 鈦合金 鎳合金 q 高速加工的切削速度范圍 車削： 700-7000 m/min 銑削： 300-6000 m/m

2、in 鉆削： 200-1100 m/min 磨削： 50-300 m/s 5 加工效率高：加工效率高：進(jìn)給率較常規(guī)切削提高5-10倍，材料去除 率可提高3-6倍 切削力小：切削力?。狠^常規(guī)切削至少降低30%，徑向力降低更明 顯。有利于減小工件受力變形，適于加工薄壁件和細(xì)長件 切削熱小：切削熱?。杭庸み^程迅速，95%以上切削熱被切屑帶走， 工件積聚熱量極少，溫升低，適合于加工熔點(diǎn)低、易氧化 和易于產(chǎn)生熱變形的零件 加工精度高：加工精度高：刀具激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)固有頻率，不 易產(chǎn)生振動(dòng)；又切削力小、熱變形小、殘余應(yīng)力小，易于 保證加工精度和表面質(zhì)量 工序集約化：工序集約化：可獲得高的加工精度和低

3、的表面粗糙度， 并在一定條件下，可對(duì)硬表面進(jìn)行加工，從而可使工序集 約化。這對(duì)于模具加工具有特別意義 q 高速加工的特點(diǎn) 6 航空航天：航空航天： 汽車工業(yè)：汽車工業(yè)： q 高速加工的應(yīng)用 模具制造：模具制造： 儀器儀表：儀器儀表： 7 專用機(jī)床 5軸4工序 = 20軸（3萬件/月） 剛性（零件、孔數(shù)、孔徑、孔 型固定不變） 1234 鉆孔 表面倒棱 內(nèi)側(cè)倒棱 鉸孔表面和內(nèi)側(cè)倒棱高速鉆孔 高速加工中心 1臺(tái)1軸1工序（3萬件/月） 柔性（零件、孔數(shù)、孔 徑、孔型可變） 圖3-33 汽車輪轂螺栓孔高速加工實(shí)例（日產(chǎn)公司） 8 b）高速模具加工的過程 圖3-34 兩種模具加工過程比較 1硬化毛坯

4、2粗銑 3半精銑 4精銑 5手工磨修 a）傳統(tǒng)模具加工的過程 1毛坯 2粗銑 3半精銑 4熱處理 5電火花加工6精銑 7手工磨修 電極制造 9 圖3-35 采用高速加工縮短模具制作周期（日產(chǎn)汽車公司） 與最終尺寸差值/mm 加工時(shí)間 100 % 10 1 0.1 0.01 0.001 粗加工 精加工 手工精修 傳統(tǒng)加工方法 高速切削 少量手工精修 對(duì)于復(fù)雜型面模具，模具精加工費(fèi)用往往占到模具總 費(fèi)用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工費(fèi)用大大 減少，從而可降低模具生產(chǎn)成本。 10 11 刀具材料種類 合金 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 天然 聚晶金剛石 聚晶立方氮 工具鋼 W18Cr4V YG6

5、 Si3N4 金剛石 PCD 化硼 PCBN 材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000 抗彎強(qiáng)度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa 導(dǎo)熱系數(shù) 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100 熱穩(wěn)定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化學(xué)惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 較高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2 加工質(zhì)量 R

6、a0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削 加工對(duì)象 低速加 工一般 鋼材、 鑄鐵 一般鋼 材、鑄 鐵粗、 精加工 一般鋼 材、鑄 鐵粗、 精加工 高硬度 鋼材精 加工 硬質(zhì)合金、銅、 鋁有色金屬及 其合金、陶瓷 等高硬度材料 淬火鋼、冷硬 鑄鐵、高溫合 金等難加工材 料 表3-3 普通刀具材料與超硬刀具材料性能與用途對(duì)比 12 圖3-36 金剛石（左）與CBN（右）原子結(jié)構(gòu) 碳原子 氮原子 硼原子 13 q 天然金剛石 14 q 聚晶金剛石 15 聚晶金剛石應(yīng)用實(shí)例 表3-4 聚晶金剛石應(yīng)用實(shí)例 加工對(duì)象 硬度 加工方式 工藝參數(shù) 加工效果

7、鋁合金 端銑 v=4000m/mim Ra0.8-0.4m 共晶硅 HRC71 車削 v=600m/mim 一次刃磨切削行程800km 鋁合金 f = 0.1mm/r Ra0.8m，刀具壽命為 硬質(zhì)合金的50倍 共晶硅 HRC71 銑削 v=2900m/mim 刀具壽命為硬質(zhì)合金的80倍 vf=0.018mm/齒 Ra0.8m 玻璃纖維 HRA87 車削 v=500m/mim 刀具壽命為硬質(zhì)合金的 強(qiáng)化塑料 150倍，Ra0.8-0.4m 熱塑性醋 銑削 v = 4500m/s 比硬質(zhì)合金壽命提高380倍 酸鹽 vf=10mm/min Ra=0.8m 高Si-Al 銑削 v=2200m/mim

8、 Ra=0.8m 鑄造件 鋁合金 鉆削 v=360m/mim 以鉆代鏜， Ra=0.8m 16 PCBN切削性能切削性能 q 聚晶立方氮化硼(PCBN/Polycrystalline Cubic Boron Nitride) 1970年問世 5000 4000 3000 2000 1000 0 硬度/HV 0 200 400 600 800 1000 溫度/ BN100 BN20 陶瓷 硬質(zhì)合金 圖3-37 PCBN刀具高溫硬度 17 18 PCBN刀具應(yīng)用刀具應(yīng)用 800 750 700 650 600 30 40 50 60 70 硬度HRC （V=320m/mim，f=0.2mm/r，a

9、=0.1mm） 切削溫度/ 圖3-38 切削溫度與硬度關(guān)系 19 PCBN刀具應(yīng)用實(shí)例刀具應(yīng)用實(shí)例 加工對(duì)象 硬度 加工方式 工藝參數(shù) 加工效果 GCr15 HRC71 車削 V=180m/mim 以車代磨，工效提高4-5倍 鋼軋輥 f = 5.6mm/r Ra0.8-0.4m YG15 HRA87 鏜孔 V=50m/mim 工效較電火花加工提高30 冷擠壓模 倍，Ra0.8-0.4m A3熱壓板 端銑 V = 800m/mim 以銑代磨，工效提高6-7倍 Vf = 100m/mim Ra1.6-0.8m，平面度0.02 凸輪軸 HRC60 磨削 V= 80m/s 比單晶剛玉砂輪壽命提高 20

10、倍，生產(chǎn)效率提高50% GCr15 HRC62 磨削 V= 65m/s 比棕剛玉砂輪耐用度提高 軸承內(nèi)孔 170倍，生產(chǎn)效率提高一倍 Cr、Cu 端銑 V = 800m/mim Ra0.8m，平面度0.02 鑄鐵 Vf = 0.1mm/齒 40Cr鋼 HRC38 立銑 V = 850m/mim 以銑代磨，工效提高5-6倍 Ra0.8m 表3-5 PCBN刀具應(yīng)用實(shí)例 20 圖3-39 陶瓷軸承高速主軸 陶瓷球軸承 密封圈 旋轉(zhuǎn)變壓器 電主軸 陶瓷球軸承 冷卻水出口 冷卻水入口 q 陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu) 21 q 陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu)特征 22 23 電磁鐵繞組通過電流 I0，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生吸力 F，與轉(zhuǎn)子重量 平衡，轉(zhuǎn)子處于懸浮平衡位置（圖3-32）。轉(zhuǎn)子受擾動(dòng)后， 偏離其平衡位置。傳感器檢測出轉(zhuǎn)子位移，將位移信號(hào)送 至控制器。控制器將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，經(jīng)功放變 換為控制電流，改變吸力方向，使轉(zhuǎn)子重新回到平衡位置 位移傳感器通常為非 接觸式，其數(shù)量一般為 5-7個(gè)，對(duì)其靈敏度和 可靠性要求均較高。 控制器設(shè)計(jì)較復(fù)雜， 使磁懸浮軸承成本較高 （一套磁懸浮軸承售價(jià) 約1萬美元）。 放 大 器 電磁鐵（定子） 傳感器 轉(zhuǎn)子 圖3-32 磁懸浮軸