难加工材料切削技术的新发展

      难加工材料切削技术的新发展。

      在难加工材料的切削加工中，刀具材料是最活跃的因素。新刀具材料的出现和应用有力地推动了难加工材料切削加工效率的提高。当前，新型高速钢有各种超硬高速钢粉末高速钢和涂层高速钢，切削性能比普通高速钢大为提高。 新型硬质合金有各种添加钽铌等元素的WC基合金细晶粒和超细晶粒的WC基合金TiC基和Ti（C，N）基合金涂层和稀土硬质合金，还有热压复合陶瓷和超硬刀具材料CBN金刚石等。可以分别用于切削各种难加工材料。应注意工件刀具材料的合理匹配。。 上述各种新型刀具材料仍是在常规的切削状态下工作的。但有时刀具材料的性能尚不需要。例如，对于某些高硬度材料的加工，新型硬质合金的硬度和耐磨性还嫌不足，因此不得不降低切削速度，加工效率不够高。 CBN和金刚石刀具硬度虽高，但强度不足，且金刚石不能加工黑色金属，故只能在定的切削条件下用于难加工材料的加工，并可取得效益。种是导电加热切削，即在工件和刀具的回路中（工件必须是导电体）施加低电压（约5V)大电流（约500A），利用刀具工件间及剪切面处的电阻，使切削产生热量，从而使局部工件材料的力学性能接触和摩擦条件都发生变化。另种是等离子体加热切削，即用等离子弧对靠近刀尖将要被切除的工件加工铝件材料进行加热，使其硬度强度降低，从而改善了切削条件。 两种方法的效果相近。可较大幅度地降低切削力，可以消除积屑瘤等现象，从而降低了表面粗糙度。在中束定切削刀具耐用度有明显提高。 因此用这样的方法进行大切深大进给加工硬材料是有效的。工业大学和理工大学曾用等离子体加热切削法加工高锰钢和高强度钢，华南理工大学和工学院曾用电热切削加工高强度钢及其它材料，取得了系统的试验数据，并部分在生产中应用。还有激光辅助切削法是另种加热切削。近年，国内发明了“电熔爆”切削法。 带电的刀盘与被加工表面产生剧烈放电，将被加工表层快速熔化爆离，从而切掉余量，但工件内部材料不受热的影响。此方法效率高，对硬软粘料均适用，既可用于粗加工，又可用于精加工。用液氮（180℃）或液体CO2（76℃）为切削液，降低切削温度。 据试验，主切削力可降低20%，切削温度可降低300℃以上，同时积屑瘤消失，提高了已加工表面质量，刀具耐用度可提高2~3倍。在加工高强度钢耐磨铸铁不锈钢钛合金时均有效果。用不同形式的振动发生器，使刀具发生强迫振动。 f>10kHz者为高频，f<200Hz者为低频。振动方向有V方向f方向等。V方向振动较常用。 振动切削可使刀屑间摩擦系数和切削力大幅度降低，变形系数及切削温度亦下降，积屑瘤消失，加工硬化降低，故能提高已加工表面质量。但对刀具耐用度有些不利，必须采用韧性强的刀具材料（如高速钢超细硬质合金等）。国内有余所高等院校及研究所对振动切削进行过研究，被加工材料涉及钛合金淬硬钢不锈钢热喷涂层紫钢陶瓷及GFRP等，工种有车削攻丝钻孔铰孔等，都取得了好的效果。 如同时使用切削液，效果尤佳。在真空中切削出现了些不同于在空气中切削的现象。加工铜铝时，真空度对变形系数切削力及已加工表面粗糙度无影响。 但加工中碳钢和钛合金时，真空度越大，其变形系数切削力及粗糙均加大，这是因为在真空中刀屑界面不能产生有利于减小摩擦的氧化物。如此看来，在真空中切钢并不定肯定是有益的。这也是针对切削钛合金这类材料所采取的种措施。航空学院曾在钛合金的切削喷射氩气，使切削材料与空气隔离，四轴飞行器加工因而被加工材料不与空气中元素化合而成不利于加工的化合物，从而改善了钛合金的加工性。 这种方法对化学性质活泼金属的加工有定效果。以此类推，如果采用某些特殊成分的切削液，也会有效果。在切削过程中，如将工件刀具连成回路，则可看出有热电势，回路中有热电流刀具磨损加剧。如将工件刀具与机床绝缘，切断电流，则刀具耐用度有所提高。 西北工业大学用这种方法钻削高温合金K14，黄河机械厂切削1Cr132Cr13钢，均有不同程度的效果。这种方法的机理虽未查明，但简单易行，有使用价值。在常规切削下，切削速度提高将使刀具耐用度降低。 然而，有人提出，当切削速度提高到个临界值，切削温度就达到最高值，然后温度将随着速度继续提高而降低，切削力也下降，零件表面质量好。这就是超高速切削的理论基础。很多学校和工厂在这方面有很多实践，用硬质合金陶瓷刀具切削钢铸铁钛铝合金等材料，切削速度达500~800m/min甚至3000~8000m/min，刀具耐用度尚能保持在正常水平。这种切削方法常受到设备条件限制而不能推广。 还有人用更高的切速（例如达到枪弹的速度）进行试验。超高速切削能否在难加工材料切削中发挥作用，尚有待探讨。以上切削方法都离不开刀具，即用高硬度材料作为刀具切除较软材料的余量。 本世纪初以来，人们相继研究出些与上述切削加工原理完全不同的加工方法，如电火花加工电解加工超声加工激光加工电子束加工离子束加工等称为特种加工方法。在特种加工中，工具与工件基本上不接触，加工时无明显的机械作用力，可加工脆性材料精密细微零件薄壁和弱刚性零件等；不是用机械能，而是用电能化学能声能热能去除被加工材料，瞬时能量密度很高，可加工任何高硬度材料，而工具的硬度却不很高。目前，电火花加工多用于加工模具和异形孔等；电解加工多用于加工特形表面和异形孔，但可获得更高的表面质量；超声加工可加工许多非金属硬脆材料，尤其是加工异孔切削等；激光加工主要表面质量；超声加工可加工许多非金属硬脆材料，尤其是加工异孔切割等；激光加工主要用于各种金属非金属材料的打孔与切割；电子束加工主要用于打微孔和切缝；离子束加工可对机械加工哪里好零件表面进行超精密超微量加工。这些特种加工方法都需要特殊的专用设备，有的很昂贵，消耗能量很大。 因此使用范围受到很大的限制。然而它们已在难加工材料的加工中起了很大的作用，而且有着广阔的发展前景。在切削加工中，刀具与工件双方有着相互对立又相互推动的作用。 自20世纪以来，工件材料特别是难加工材料的品种和性能有了很大的发展，刀具材料也随之出现了惊人的发展。提高刀具材料的性能是解决难加工材料加工的最有效的手段。刀具材料与工件材料有着匹配的关系，他们之间要在机械（力学）物理化学性能方面有着良好的匹配。许多非常规切削加工方法和特种加工方法的出现为难加工材料的加工增添了新的途径。

      数控机床可有效地减少零件的加工和辅助，数控机床的主轴声速轴联动加工厂和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削。数控机床正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，很好地提高了生产率。另外与加工厂的刀库配合使用，可实现在台机床上进行多道工序的连续加工，减少了半成品的工序间周转，提高了生产率。5改善劳动条件。
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      难加工材料切削技术的新发展。

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