各种材料的高速切削技术

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各种材料的高速切削技术
高速切削不同材料时，其所用的切削工具、工艺方法以及切削参数均有很大不同，而且和在普通切削速度加工时的情况也有很大不同，掌握正确的高速切削工艺方法，是高速切削应用技术中的一个重要环节。
高速切削铝合金技术
铝材料零件的高速加工，在20世纪80年代就已经在工业中广泛应用，经过适当冷处理的铝合金材料，强度可高达540Mpa,它的相对密度很轻，是飞机和各种航天器零部件的主要材料，也是机器和仪表零部件的常用金属。近年来铝合金在汽车和其它动力机械中的应用也逐渐增多。加工轻合金的优势主要在：切削力和切削功率小，大约比切削钢件小70%；切削短、不卷曲，因而在高速加工中易于实现大量切屑的排屑自动化，刀具磨损小，用硬质合金、多晶金刚石等刀具在很高的转速下切削铝合金材料，可以达到很高的刀具寿命；加工表面质量高，仅采用少量的切削液、在近乎干切的情况下不用再经过任何加工或手工研磨，零件即可得到很高的表面质量；可采用很高的切削速度进行加工，切削速度可高达1000-20000/min，高速加工95%以上切削热被切屑迅速带走，工件可保持室温状态，热变形小，保证了加工的高精度。如瑞士米克朗的高速铣HSM400在2003年北京国际机床展上加工的一个薄壁铝件，厚度为0。1mm，高度为25mm，进刀速度高达20000/min，而且保证了良好的尺寸精度和几何精度。

[ 本帖最后由 powe 于 2006-8-29 22:21 编辑 ]

高速铣削钢技术
近年来,高速加工开始用于钢的精加工,特别是加工形状复杂的零件,高速切削可以大大提高生产率,高速铣削钢和铝合金有所不同，主要问题是刀具的磨损，优化切削参数的目的不仅仅为了提高金属切除率，而且更注重于降低切削力，提高工件表面质量、尺寸精度和形状精度以及减少刀具磨损。
钢材的高速铣削技术
高速铣削钢材时，刀具要用更锋利切削刃和较大的后角，这样可以减少切削时的刀具磨损提高刀具的使用寿命，刀具参数也应当随着进给速度的变化而变化。当进给速度增加时，刀具的后角要减小；进给速度对刀具的前角的影响相对比较小。按照常规的切削规律，刀具的正前角能够减小切削力，并减小月牙洼磨损。但在高速下，正前角并不比零度前角更多地降低切削力，负前角虽然能使刀具片有更高的切削稳定性，但是增大了刀具切削力和月牙洼磨损。在高速铣削时，轴向进给量对刀具磨损的影响比较小，而径向进给量的影响则较大。刀具寿命随切削面的增加而降低。轴向进给切削和径向进给切削二者之间是相互关联的。在以径向进给进行时,常常会因为高速产生的高温超过刀具材料的红硬性而造成刀具失效。在径向进给比较慢时，刀具的非接触区时间比接触区时间长，短时间的发热可以由比较长时间地冷却来弥补。因此，从整体上来看，径向进给速度应稍慢一些，建议进给量只值等于刀具直径的5%-10%。

高速切削难加工材料技术
一般来讲，合金材料包括特殊合金钢、钛、镍合金。这些材料由于强度大、硬度高、耐冲击，大多用于航空、航天制造和动力部门，但加工中这些材料容易硬化，切削温度高，刀具磨损严重，属于难加工材料。
在加工这些材料的过程中，导致刀片失效的典型形式刀具后面磨损，最大的磨损区是刀尖部位，另外是刀具和工件之间的通道处，由于切削条件差，磨损的痕迹会在这些地方产生，因而形成严重的刀口毛刺，刀刃的磨损改变了刀具的几何参数，增大了切削力，尤其是切削高强度合金的情况时，容易使刀片碎裂。实验证明逆铣要比顺铣的效果好，加大刀具前角明显减小切削力，刀具前角γ的变化范围是在8°~28°之间。在上述前角范围内，加工钛合金、特殊合金和镍基高温合金材料时刀具寿命都能提高，当刀具前角为负时，刀具的切削稳定性提高，但刀具寿命降低。切削过程和刀具寿命也受刀具后角α的影响增加刀具后角可提高刀具寿命，但当后角α>20°时，刀具寿命开始下降。

高速切削硬质材料技术
淬硬钢材料包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、轧锟钢及高速钢等，是典型的耐磨结构材料，广泛用于制造各种对硬度和耐磨性要求高的零件。淬硬钢材料的特点是经淬火或低温去应力后具有比较高的硬度（55~68HRC），很难用传统的切削方法加工，通常采用磨削进行精加工，但磨削效率低下，成本高。高速硬切削为淬硬钢材料加工提供了更好的解决途径。提高了效率、少了污染、减少设备投资，适应柔性生产。淬硬钢材料的伸长率小、塑性低、易于形成高光洁度表面，有利于以切代磨。但其硬度高，切削性能差。从切削过程可以看出加工淬硬钢材料切削力增大、切削热增加，为了获得必要的加工精度和表面光洁度及刀具寿命，必须精心选择切削刀具和几何参数，优化切削工艺参数。比如选用材料CBN、PCBN、性能好的陶瓷、超细晶粒硬质合金及涂层硬质合金刀具。尽量选择较大圆鼻刀具、刀具的前角为负的较好。（α≤-5°）

如何使用高速切削刀具
高速切削对刀的要求
   高速切削主轴面向高速，同时高扭矩主轴的发展对刀柄提出高的要求，而普遍采用的普通ISO或BT刀柄已经无法满足使用要求。在这方面，必须考虑以下因素：最小的动不平衡量、最小的径向偏差、高钢性、高精度、传递高扭矩、换刀时的高重复精度、高转速下的安全性。原则上，这些要求必须通过主轴和刀柄之间的连接方式来满足。不过这两个接口都已经有了新的连接方式，最大限度地满足了规定的要求。如瑞士的Schaublin公司生产的HSK-A和HSK-E型刀柄。对于不经常更换刃具通过热冷缩装配刀柄是最佳选择，因为该方式提供出色的刀具同心度（低于0.003mm）并且可以传递非常高的扭矩，装夹的精度和钢性都很高。弹簧夹套在高速铣也有比较严格的要求，弹簧夹套主要有多种，普通弹簧夹套（能够在一个夹头上夹持多种直径的刀具，称ER）和标称尺寸的夹套（称D型）对于高速铣削技术，不建议使用普通弹簧夹套，因为加工受夹套配合精度影响。而选择D型弹簧夹套这种夹套钢性比较好，它是靠锥面和端面同时定位。夹套锥度小，从而可以优化刀具长度。

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