高速低溫切削及其應(yīng)用

1、高速低溫加工及其應(yīng)用高速低溫加工及其應(yīng)用摘要摘要從高溫低速加工材料的切削加工性入手，論述高速低溫加工的優(yōu)勢、經(jīng)濟(jì)效益及分類，同時(shí)介紹高速低溫加工刀具材料，切削用量的選擇。關(guān)鍵詞：高速低溫切削切削加工性經(jīng)濟(jì)效益難加工材料AbstractAbstractFromhighspeedprocessingmaterialswithhighspeedthelowtemperatureprocessingadvantageseconomicbenef

2、itsclassificationintroducedthehighlowtemperatureprocessingcuttingtoolmaterialcuttingtheamountofchoice.Keywds：HighspeedlowtemperaturecuttingMachiningfeaturesEconomicbenefitsHardtocutmaterials一、前言前言金屬切削加工是通過刀具和工件的相對運(yùn)動(dòng)來完成材料

3、的移除。切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱。使刀具、工件甚至機(jī)床的溫度升高。為了減少刀具磨損、降低加工部位的溫升，通常使用大量的切削液。但是，使用切削液作為冷卻潤滑劑會(huì)造成很多問題。諸如環(huán)境問題，成本問題。尤其以一些難加工材料，如不銹鋼、鈦合金、淬硬鋼、高錳鋼等，由于它們的物理、力學(xué)化學(xué)方面的綜合影響，切削加工性差。主要表現(xiàn)為刀具磨損快且易破損、刀具的耐用度低，加工硬化嚴(yán)重，加工表面質(zhì)量難以保證，切削速度低、切削效率低，切削溫度高。針對以上在加工難加工

4、材料中存在的問題以及隨著低溫技術(shù)及低溫設(shè)備的發(fā)展，使低溫加工對改善難加工材料的切削加工性成為可能。試驗(yàn)證明，低溫加工可以降低切削溫度，減少切削力，減少刀具的磨損從而提高刀具的耐用度。解決面臨的諸多問題。二、高速低溫加工的定義及原理高速低溫加工的定義及原理高速低溫是將工件冷卻并進(jìn)行切削加工的一種切削加工方式。高速低溫是利用超低溫液流體在工件內(nèi)或在刀具內(nèi)形成局部的低溫（或超低溫）狀態(tài)，從而利用在這種狀態(tài)下的工件和刀具的機(jī)械性能的改變，有利于

5、機(jī)械加工。難加工材料在于加工時(shí)，切削力比較大、切削溫度高并且熱量不易散失從而導(dǎo)致刀具和工件的溫度升高，加劇刀具的磨損及難以控制加工精度和表面質(zhì)量。為改善難加工材料的切削加工性，需降低切削溫度，可以對加工材料面實(shí)行強(qiáng)冷處理，一方面可以降低切削區(qū)的溫度，使工件的脆性增加，減少工件切削的塑性變形；另一方面會(huì)在加工表層形成一個(gè)以冷縮為主要特征的預(yù)應(yīng)力場，與切削過程中力和熱所形成的應(yīng)力場實(shí)現(xiàn)非線性疊加，從而抑制殘余應(yīng)力的產(chǎn)生；同時(shí)，當(dāng)冷卻劑采用惰

6、性氣體時(shí)也可以抑制工件表面污染層的產(chǎn)生。高速低溫正是基于這個(gè)機(jī)理而提出來的。溫加工的步驟為：1.根據(jù)加工對象和加工刀具的特性設(shè)定最佳低溫加工溫度!opt。2.利用冷卻劑或其它方法使特定封閉加工區(qū)的溫度達(dá)到!opt。3.自動(dòng)控制低溫流體的噴射量，以維持加工區(qū)的溫度在!opt狀態(tài)。一方面，當(dāng)檢測的加工區(qū)溫度偏離!opt，則通過反饋控制器調(diào)節(jié)噴射流量，另一方面，當(dāng)加工系統(tǒng)輸入功率發(fā)生變時(shí)，則通過前饋控制器調(diào)節(jié)流量，以維持最佳低溫狀態(tài)。高速低溫

7、加工示意如圖1所示低溫切削對刀具的要求如下刀具應(yīng)有良好的熱穩(wěn)定性。排屑要順暢、導(dǎo)熱系數(shù)高。刀具和切屑的摩擦系數(shù)要小。刀具材料應(yīng)有好的強(qiáng)度和耐沖擊性。2.2.低溫切削常用的刀具材料低溫切削常用的刀具材料硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的牌號(hào)很多，一般情況下，硬質(zhì)合金分為YG類硬質(zhì)合金和YT類硬質(zhì)合金兩大類，由于YT類具有高的硬度，特別是具有高的耐熱性，其抗粘結(jié)能力和抗氧化能力均較好，故使用中刀具磨損小，耐用度較高。但YT類硬質(zhì)合金不適合加工鈦合金。YG類

8、硬質(zhì)合金具有很高的高溫硬度、高溫強(qiáng)度和較強(qiáng)的抗氧化能力，特別適于加工各種高合金鋼、耐熱合金和各種合金鑄鐵。硬質(zhì)合金的切削性能較高速鋼刀具的耐用度提高幾十倍，允許的切削速度可提高4~16倍。硬質(zhì)合金刀具材料中性能比較優(yōu)越的有兩種。其一是超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，可以提高刀具韌性，其材料組成是由超細(xì)晶粒WC、TiC等與粘結(jié)劑鈷組成，具有普通硬質(zhì)合金的優(yōu)點(diǎn)，又克服了刀具脆性大，易崩刃的缺點(diǎn)，目前已得到應(yīng)用的此種材料為UTi20和UTi30。其二是涂層

9、硬質(zhì)合金，涂層刀具由于其涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，具有很高的硬度和耐熱性，能減少刀、屑與刀、件界面的摩擦，起到潤滑作用，因此涂層硬質(zhì)合金刀具明顯減少刀具的磨損，提高刀具的耐用度。特種陶瓷特種陶瓷刀具有很高的硬度（91~95HRA），其耐磨性一般為硬質(zhì)合金的5倍，同時(shí)該刀具具有很高的耐熱性和高的化學(xué)穩(wěn)定性。由于陶瓷刀具的特性，陶瓷刀具適于加工冷硬鑄鐵、淬火鋼。陶瓷還具有高的高溫硬度和很高的化學(xué)穩(wěn)定性。立方氮化硼（CBN）它特別適合加工

10、高溫合金、淬火鋼等，特別適于高速切削。缺點(diǎn)為價(jià)格昂貴、強(qiáng)度較低、抗沖擊性能差。聚晶立方氮化硼（PCBN）聚晶立方氮化硼常用于淬硬鋼車削和端面銑時(shí)作刀具材料。它的高硬度和耐熱性，使它能承受硬切削時(shí)極大的機(jī)械、熱負(fù)荷。好的導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù)對工件尺寸和幾何精度有一定的影響，所以PCBN更適合用作干切削式的刀具材料。陶瓷和PCBN之間的最大差別是斷裂韌性值，與陶瓷相對比，PCBN在斷續(xù)切削時(shí)是有利的。3.3.刀具幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)

11、的選擇合理地選擇刀具幾何參數(shù)可以使刀具潛在的切削能力得到充分的發(fā)揮，從而提高刀具的耐用度；或是在保持耐用度不變的情況下提高切削用量，提高生產(chǎn)率。刀具幾何參數(shù)的合理選擇不僅直接影響切削力的大小和方向，還對切屑的卷曲形狀和流出方向起著重大的作用。刀具幾何參數(shù)主要包括刀具角度、刃口半徑和刀尖圓弧半徑。刀具角度主要有前角!o、后角“o、主偏角Kr和刃傾角#s。!o和Kr主要影響切削變形和刀刃強(qiáng)度，“o主要影響加工時(shí)的摩擦和刀刃強(qiáng)度，#s主要影響

12、切屑流向和刀刃強(qiáng)度。低溫加工時(shí)，由于某些材料在低溫時(shí)塑性減小，脆性增大，加工硬化現(xiàn)象減少，所以前角的選擇相對常規(guī)切削有所增大。由于切削溫度有所降低，所以在刀具耐用度不變的情況下，切削速度有所提高。六、一些高速低溫加工應(yīng)用的介紹一些高速低溫加工應(yīng)用的介紹1.高速干式切削工藝高速干式切削工藝高速干式切削就是在無冷卻液、潤滑油的條件下，采用很高的切削速度進(jìn)行切削加工。因此，干式高速切削需要在一定的切削條件下進(jìn)行。首先是選用很高的切削速度，盡量