不锈钢切削加工（精选10篇）
不锈钢切削加工 篇1
0 引言
不锈钢是以铁为基体加入12%以上的铬元素, 在金属表面形成质地细密的铬氧化物。这种材料不但在常温下能耐各种腐蚀介质的腐蚀, 而且在高温条件下仍具有这种耐腐蚀能力和较高的力学、物理性能。不锈钢还具有优良的机械性能。
1 不锈钢材料的特点
由于不锈钢的良好特性, 在机械制造中被广泛应用。不锈钢大致分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。机加工零件多以奥氏体不锈钢为主, 而奥氏体不锈钢的切削性较差。
1) 材料基体强度高, 特别是高温强度、高温硬度都比较高, 加工时就增加了切削抗力。切削卷曲折断比较困难。
2) 不锈钢的塑性大、韧性高。切削时塑性变形大与刀具间的摩擦也大, 产生的切削热多, 而不锈钢的导热系数较低, 大约在0.039-0.08之间, 其加工性属难切削加工范围。因而在切削工程中由于材料散热不好, 刀具的切削温度高, 对刀具的磨损加快。
3) 材料的塑性大、粘附性强, 在切削工程中零件表面容易形成积屑瘤与鳞刺, 使被加工的零件表面粗糙度增高。
4) 不锈钢的线膨胀系数较大, 奥氏体不锈钢材料还具有不稳定性。在切削过程中, 因切削温度的影响, 工件容易变形, 尺寸精度较难控制。
从以上不锈钢所具有的切削特性看来, 不锈钢的机械加工性能较差, 奥氏体不锈钢更为突出。这主要是不锈钢材料铬镍含量高, 它是普通碳素钢的20倍, 合金结构钢的10倍以上。尽管它的抗拉强度并不比普通钢材高, 但它的其他性能指标都比普通钢材高, 所以, 不锈钢材料零件的切削加工, 成为机加工操作者要研究的问题。
2 削切刀具材料的选择
零件在被切削加工过程中, 变形与摩擦所消耗的功绝大部分转变为热能, 产生的切削热通过切削、工件、刀具和环境介质 (切削液、空气) 传散出去。而对不锈钢材料加工时, 因为不锈钢的塑性和韧性高, 导热性差, 切削产生的主要热能来源是以切削变形与刀具前刀面的摩擦, 产生最高温度的刀具前面靠近刀尖和主刀刃的地方, 这就要求, 刀具应具备耐热性好、导热性好、耐磨性高, 与不锈钢材料的粘附性、亲和性要小的特点。在车削加工中我们大多采用硬质合金材料刀具, 而YG类的钨钴合金具有导热性好 (其导热系数比高速钢高两倍, 比YT类钨钛钴硬质合金高一倍) , 抗弯强度, 抗冲击韧性比YT类合金好。为了强化YG类合金性能, 人们在钨钴合金中加入少量的碳化物, 使其硬度、强度、耐磨性、耐热性都有所增强, 用这种刀片切削不锈钢材料效果更好, 因此采用YG、YG8N硬质合金切削加工不锈钢零件比较理想。
还有在YT类合金中加入少量的碳化铌, 兼有YG类合金韧性和比YT类合金更好的抗剥落性的YW1、YW2合金刀头也适合不锈钢的切削加工。
在金属切削加工中刀具是最活跃的因素, 在机床、工件材料、刀具材料和加工条件等诸多因素确定的前提下, 刀具切削部分的几何参数对切削加工性能的影响起着决定性的作用。如果刀具的几何参数选择不当, 即使刀具材料再好, 也不能发挥它的效能。因此, 重要的是根据加工零件的特点综合考虑, 灵活运用, 合理地选择刀具的几何参数。
3 削切加工的控制环节
多年的加工经验证明, 适当的增大刀具前角, 使零件的加工切削力减少, 加工产生的热量能减少。因为前脚增大后刀具的切割作用增强, 推挤作用减轻, 切削中切削与前刀面摩擦力减少, 切削力变形小;前角增大可抑制或清除积屑瘤与鳞刺, 同时因减小切削变形, 降低了径向切削力, 便于消除切削振动, 有利于提高表面加工质量, 改善粗糙度。
不锈钢的强度、硬度并不是很高, 但塑性较大, 应选用较大的前角, 这样不仅减小被切削金属的塑性变形, 而且可以减低切削力、切削温度, 同时使加工硬化层深度减小。
虽然, 适当增大刀具前角有利于改善技工性能, 但如果掌握不当, 前角过大反而会因楔角减小, 切削温度升高, 使刀具在切削时散热条件变差, 前角过大还会影响道具的切削强度和耐用度。我们在粗车时前角选用10°～15°, 精车时前角采用20度, 后角为6°～8°, 同时在主刀刃上修磨出0.5宽的5度倒棱, 加工效果良好。
另外, 在加工中选择适当的切削速度也是改善切削性能, 提高零件加工能力的一种方法。在低速切削时, 切削温度低, 切削底层的塑性状态变化不大, 不可能呈嵌入接触, 因此不会产生积屑瘤。而高速切削时, 由于切削底层温度高, 使切削底层软化, 已不具备形成较高硬度能够代替刀刃切削的积屑瘤的条件, 所以会产生积屑瘤。由此可见, 改变切削速度也是控制消除积屑瘤改善零件表面质量的有效措施。
再一个是在切削中正确地选择使用切削液, 通过切削液的冲洗, 润滑冷却作用来减少零件在切屑加工过程刀具与工件的摩擦, 降低切削温度, 改善刀具切削性能, 提高零件表面质量。通过我们多年加工奥氏体不锈钢零件的经验, 在车削加工时选用20%的乳化液, 作为切削液。铣削、滚齿、插齿时则选用70%煤油加25%植物油作为切屑液效果良好。
4 结语
综上所述, 因为不锈钢材料的切削性差, 零件在被切削加工时产生的热量不能从切屑和工件上散去, 温度都集中在刀头的主切削刃上和前刀面上, 并且切削底层中的金属易粘接到前刀面上产生积屑瘤。因此, 要正确选择切削刀具几何角度, 合理选择切削用量和切削速度, 才能有效改善对不锈钢零件的加工条件。
摘要：简要分析了不锈钢的基本加工特性, 根据不锈钢零件锥面加工实例, 详细分析了刀具选择、装夹、冷却方式等过程控制环节, 对类似不锈钢零件的切削加工具有借鉴作用。
关键词：不锈钢材料,切削加工,控制环节
难加工金属材料的切削加工技术 篇2
关键词：难加工金属材料 切削加工技术 刀具几向参数
中图分类号：TH142 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0031-02
基于这种情势背景之下，出现了新加工材料这一领域。经济的不断发展和生产力的不断提升，不同领域之间运用到难加工材料的次数越来越频繁，其加工技术也随着经济的发展而不断的完善和优化。如何对于这些材料进行高效率的加工和利用，成为如今应该重点思考的问题。如果能够对于这些材料进行科学合理的利用，那么对于重工业领域、航天领域以及其他相关领域进行健康可持续的发展有着极为重要的价值和意义。在对其进行探究的过程当中，要掌握问题的根源，对于难加工材料种类多样化以及多功能性这两大问题进行重点的研究和探讨，切实解决制造业发展的需要。
1 切削领域中的难加工金属材料
难加工金属材料其定义就是指在进行切削加工的过程当中难度系数较大的，所需要花费的人力资本较多的材料。相关的工作人员将加工材料的切削工序分为了不同的等级，等级越高进行加工时难度越大，5级以上的加工材料就可以被定义为难加工材料。这些材料往往具有高强度或者是高硬度的特性，大多数都是金属产品，在对其进行加工时所使用的道具寿命不长，卷屑也较为困难，加工过后的成品往往表面比较粗糙。之所以上述的金属材料进行加工的难度系数较大，笔者对其原因进行了详细的探析，分为以下几点：（1）金属材料主要由合金元素组成，其熔点相较于其他加工材料来说熔点较高，比如说铁、钛等在加工的过程当中可以相互进行交融，与其他合金要素发生化学反应，会形成硬度较高的颗粒物。这样刀具在进行材料的加工过程当中，由于磨损过大，其寿命就会大大的减少。（2）加工材料具有固定的本质属性，其自身就具有一定的硬度和韧性，而材料加工的环境往往都是需要高温的，而在高温的环境当中，材料会因为温度的增加使自身原始的表面形态发生一定的变化，就是会发生变形，切屑的硬度增加，进行切屑时所耗费的生产力也就更多。（3）加工材料当中往往具有一些化学特性，其中蕴含的分子元素活跃性较强，比如说钛合金当中的分子元素在与刀具进行接触的过程当中，化学的亲和性强，道具会因此与钛合金当中的化学元素发生反应，使得道具表面组织发生改变，从而加剧刀具的磨损。（4）在对于难加工材料进行分析之后，发现其具有共同的特性，那就是其热传导率较低，在进行加工的过程当中不能够将热量及时的散发出去，这样就会使得刀刃与刀柄之间温度的差异较大。其所带来最直接的后果就是刀具在高温环境之下，其粘连性会有所下降，造成粒子丢失，进一步的加剧刀具的磨损。同时在进行材料高温切削的过程当中，道具往往与难加工材料发生一定的化学反应，会出现成分丢失或者是增加的情况，这些情况都是造成刀具磨损的要素。
2 难加工金属材料的切削技术
如今在进行难加工材料的加工过程当中，仍旧使用的是传统的切削技术，其加工的质量和效率都不尽人意，为了使得这一情况有所改善，提出一些对策和建议使得切削技术能够有所提升：选择切削功能强、质量优良的刀具；对于切削用量和参数进行科学合理的制定；在上述的建议当中对于刀具的选择是最重要的，其不但要求质量优良，对于切削性也具有一定的要求。比如说陶瓷和金刚钻都能够在难加工材料切削的过程当中发挥巨大的价值。与此同时对于刀具与难加工材料当中的化学、物理属性也要进行详细的考虑，确保刀具在进行切削的过程当中，化学或者是物理反应不要过于激烈，这样才能够确保刀具的质量得到保障。
2.1 切削难加工金属材料的刀具材料选用
CBN的高温硬度相较于其他刀具材料来说具有一定的优势地位，其在进行硬度较大的材料加工时，由于其CBN 成分含量多，因此刀具的寿命也能够因此延长，切削的质量和效率也会有所提升。
新型涂层硬质合金其耐磨性较高，在进行难加工材料的切削时，大多数厂家都愿意选择其为切削的道具。究其主要原因就是其适用的难加工材料种类丰富，并且切削效果较好。但是其涂层具有性能单一的特性，这样在选用其进行难加工材料的切削时，就需要根据该材料的特性进行分析，在此基础之上进行涂层道具材料的选择运用。
金刚石烧结体刀具适用于硬度较大的金属，因为碳化学分子比较稳定，硬度较强，其所制成的刀具材料具有刀刃锋利的特性，并且其热度不会给在刀刃处滞留，不会导致刀刃刀柄的温差较大而加大化学物的滞留的情况发生，極大程度上减轻了刀具的磨损状况。
2.2 合理选择刀具几何参数
想要使得难加工材料在切削的过程当中减轻切削的压力，可以从刀具形状方面进行考虑。对于难加工材料的特性进行分析，对于道具几何形状进行适当的改变，这样不但使得切削的质量精准性有所提升，并且对于刀具的保养也有裨益，因此在对于难加工材料的切削技术处理时，刀具形状的选用是至关重要的。如今随着经济和科技的不断发展，在对于切削刀具形状进行选择时，思维理念也有了创新和发展，比如说增大钻尖角等等。
2.3 合理选择难加工材料的切削条件
在对于难加工材料进行切削条件的设定时，其要求的规格标准并不高。随着科技的不断完善，难加工材料的切削工艺已经日益完善并不断的得以优化，刀具的使用寿命也日益加长。如今对于道具切口的选择大多数都是使用那些比较轻巧方便的切削工具，不但能够使得难加工材料的切削质量有所提升，也能够减轻切削的压力，从而提高切削的效率。与此同时对于刀具形状以及刀具的材料构成要素也要进行重视，这样才能够使得切削效果达到最佳。
上述的建议对于大部分的难加工材料的切削工艺是有一定裨益和帮助的，但是存在采取上述方式仍旧不能够进行有效切削工作展开的情况。比如说，在对于那些硬度较大的切削金属材料进行加工的过程当中，切削的速率要加以降低，这样才能够取得良好的切削效果。有些刀具当中含有CBN成分或者是金刚石，其刀刃的硬度较大，但是其韧性较低，进行加工材料的选择时具有一定的局限性，尤其是金刚石其对于黑色金属加工材料不具有切削能力，这样其应用范围就被大大的缩小。如今对于切削方式技巧不断的得以完善，其思维理念也有所创新，发明了特种加工的方法，其加工的原理并不是使用传统机械的方式对其进行加工，而是使用声能、太阳能等方式，其对于材料没有限制性，适用于任何种类的加工材料。
虽然特种加工的方式适用范围十分广阔，但是其仍旧具有一定的局限性，在未来今后的发展过程当中，发展潜力并不大。
3 结语
难加工金属材料是时代的产物，其切削的技术和方式也在随着时代的进步和经济的发展在不断的完善和优化。如今应该对切削工艺进行重视，加快对于新型切削刀具的开发和创新，使得切削技术能够运用到更多的领域当中，切实促进我国经济发展。
参考文献
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[3]张树森.45淬硬钢的精切代磨加工[J].机械工程师，2006（3）：41-43.
不锈钢切削加工 篇3
1 影响不锈钢切削加工性能的因素
1.1 切削力大
不锈钢在切削过程中塑性变形大, 尤其是奥氏体不锈钢, 其伸长率超过45号钢的1.5倍以上, 使切削力增加。同时, 不锈钢的加工硬化严重, 热强度高, 进一步增大了切削抗力, 切屑的卷曲折断也比较困难。因此加工不锈钢的切削力大。
1.2 切削温度高
切削时塑性变形及与刀具间的摩擦都很大, 产生的切削热多, 散热条件差;大量切削热都集中在切削区。在相同的条件下, 1Cr18Ni9Ti的切削温度比45号钢高200℃左右。
1.3 切屑不易折断、易粘结
不锈钢的塑性、韧性都很大, 车削加工时切屑连绵不断, 不仅影响操作的顺利进行, 切屑还会挤伤已加工表面。在高温、高压下, 不锈钢与其他金属的亲和性强, 易产生粘附现象, 并形成积屑瘤, 既加剧刀具磨损, 又会出现撕扯现象而使已加工表面恶化。
1.4 刀具易磨损
切削不锈钢过程中的亲和作用使刀具产生粘结磨损、扩散磨损, 致使刀具前刀面产生月牙洼, 切削刃还会形成微小的剥落和缺口;加上不锈钢中的碳化物 (如Ti C) 微粒硬度很高, 切削时直接与刀具接触、摩擦, 擦伤刀具, 还有加工硬化现象, 均会使刀具磨损加剧。
1.5 线膨胀系数大
不锈钢的线膨胀系数约为碳素钢的1.5倍, 在切削温度作用下, 工件容易产生热变形, 尺寸精度较难控制。
2 改进不锈钢材料切削加工性能的措施
2.1 通过热处理, 改变材料的硬度
马氏体不锈钢在热处理后的不同硬度, 对车削加工的影响很大。马氏体不锈钢虽然硬度低, 但车削性能差, 这是因为材料塑性和韧性大, 组织不均匀, 粘附、熔着性强, 切削过程易产生刀瘤, 不易获得较好的表面质量。而调质处理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料, 车削加工性较好, 易达到较好的表面质量。硬度在HRC30以上的材料加工出的零件, 表面质量虽然较好, 但刀具易磨损。所以, 在条件允许的情况下, 可以先进行调质处理, 硬度达到HRC25~HRC30, 然后再进行切削加工。
2.2 合理选择刀具材料
合理选择刀具材料是保证高效率切削加工不锈钢的重要条件。根据不锈钢的切削特点, 要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。目前常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。
1) 高速钢的选择。普通高速钢W18Cr4V使用时刀具耐用度很低已不符合需要, 采用新型高速钢刀具切削不锈钢可获得较好的效果。在相同的车削条件下, 用W18Cr4V和95w18Cr4V两种材料的刀具加工1Cr17Ni2工件, 刀具刃磨一次加工的件数分别为2~3件和12件, 用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了几倍。这是由于提高了钢的含碳量, 从而增加了钢中碳化物含量。随着刀具制作技术的不断发展, 对于批量大的工件, 采用硬质合金多刃、复杂刀具进行切削加工效果会更好。
2) 硬质合金的选择。YG类硬质合金的韧性较好, 可采用较大的前角, 刀刃也可以磨得锋利些, 使切削轻快, 且切屑与刀具不易产生粘结, 较适于加工不锈钢。特别是在振动的粗车和断续切削时, YG类合金的这一优点更为重要。另外, YG类合金的导热性较好, 其导热系数比高速钢高将近两倍, 比YT类合金高一倍。因此YG类合金在不锈钢切削中应用较多, 特别是在粗车刀、切断刀、扩孔钻及铰刀等制造中应用更为广泛。较长时期以来, 一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌号的硬质合金作为切削不锈钢的刀具材料, 但均不能获得较理想的效果;采用新牌号硬质合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等, 切削不锈钢可获得较好的效果。而用813牌号硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢效果很好, 因为813合金既具有较高的硬度 (≥HRA91) 、强度 (b=1570MPa) , 又具有良好的高温韧性、抗氧化性、抗粘结性, 其组织致密耐磨性好。
2.3 合理刀具几何角度的选取
对于良好的刀具材料, 选择合理的几何角度则显得尤为重要。
1) 前角 (γ0) 。前角的大小决定刀刃的锋利与强度。增大前角可以减小切屑的变形, 从而减小切削力和切削功率, 降低切削温度, 提高刀具耐用度。但大前角会使楔角减小降低刀刃强度, 造成崩刃, 使刀具耐用度下降。车削不锈钢时, 在不降低刀具强度的条件下, 应把前角适当取大一些。在刀具前角大时其塑性变形小, 切削力和切削热降低, 减轻加工硬化趋势, 提高刀具耐用度, 一般刀具前角宜取12°~20°。
2) 后角 (α0) 。在切削过程中, 后角可以减小后刀面与切削表面的摩擦。若后角过大, 则楔角减小, 使散热条件恶化, 刀具刃口强度下降, 降低刀具耐用度;若后角过小, 摩擦严重, 则会使刃口变钝, 增大切削力, 增高切削温度, 加剧刀具磨损。在一般情况下, 后角变化不大, 但必须有一个理的数值, 以利于提高刀具的耐用度。车削不锈钢时, 由于不锈钢的弹性和塑性都比普通碳素钢大, 所以刀具后角过小会使切断表面与车刀后角的接触面积增大, 摩擦产生的高温区集中于车刀后角, 加快车刀磨损, 降低被加工表面光洁度, 所以车削不锈钢时的车刀后角要比车削普通钢时稍大一些, 但后角过大又会降低刀刃强度, 直接影响车刀的耐用度, 因此, 一般情况下车刀后角宜取6°~10°。
3) 刃倾角 (λS) 。刃倾角可控制切屑流向, 当刃倾角λs为负值时切屑流向已加工表面;当刃倾角λs为正值时, 切屑流向待加工表面。为了使切屑不划伤加工表面, 在精加工时, 刃倾角λs值为正值。当λs为正值时, 刀尖强度低并首先接触工件, 易损坏;当 (λs) 为负值时, 刀尖强度高, 耐冲击, 可避免崩坏刀尖, 切入、切出平稳, 车削不锈钢时, 一般刀具刃倾角宜取0°~15°。
4) 主偏角 (κγ) 。当背吃刀量αp和进给量f不变时, 减小主偏角κγ可使散热条件得到改善, 减少刀具损坏, 使刀具切入、切出平稳。但主偏角减小又会使力增大, 在切削时容易引起振动。车削不锈钢的硬化倾向性强, 易产生振动, 振动又会使加工硬化严重。因此, 主偏角一般宜取45°~90°。具体角度应根据机床、零件、刀具系统的刚性和切削用量来选择。
2.4 合理选择切削用量
切削理论认为, 切削速度vc对切削温度和刀具耐用度的影响最大, 走刀量S次之, 吃刀量t最小, 而在自动车床上一次走刀加工工件的表面, 其吃刀量t是由零件尺寸与材料毛坯尺寸来决定的, 一般为0~3mm;难加工材料的切削速度往往比普通钢的切削速度低得多。走刀量S对刀具耐用度影响不如切削速度大, 但会影响断屑和排屑, 拉伤、擦伤工件表面, 影响加工的表面质量, 一般认为吃刀深度大时, 走刀量应减小, 而切断的走刀量又比车外圆要小。在被加工表面粗糙度要求不高时, S选用0.1mm/r~0.2mm/r。
总之, 对于难加工材料, 一般选用较低的切削速度、中等的走刀量。
结论
虽然通常车削不锈钢有很大的难度, 但是通过上述分析, 只要合理的改变不锈钢材料的硬度, 选择切削刀具与切削用量, 以及选用适当的冷却液等加工工艺措施, 就能提高生产效率, 零件质量完全可以达到设计要求。
摘要：对不锈钢材料车削加工的特点进行分析, 论述在车削不锈钢零件时, 通过合理的改变不锈钢材料的硬度, 选择切削刀具与切削用量等加工工艺措施, 可显著提高不锈钢零件的车削效率, 解决在加工中遇到的难点问题, 最终达到加工要求。
关键词：不锈钢,切削性能,影响因素,防范措施
参考文献
[1]雅柯文柯.不锈钢的高速加工.机械工业出版社, 1965.
[2]王健石.机械加工常用刀具数据速查手册.机械工业出版社, 2005.
[3]刘镇昌.金属切削液:选择、配制与使用.化学工业出版社, 2007.
浅谈高速切削加工技术的发展 篇4
关键词:高速切削;机床;刀具
高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工因此,有时也称为超高速切削Utra一ligh Speed Machining)。高速切削是一个相对的概念,当使用不同的加工方法和工件材料与加工刀具时,Hsc的切削速度会有很大的不同。高速切削强调的是高的速度,即要有高的主轴转速,高速切削中的高速不是一个技术指标,而应是一个经济指标。高速切削时由于切削速度的大幅度提高,决定了高速切削具有以下特点:一是生产效率提高;二是切削力降低;三是工件的热变形减小;四是工件振动减小;五是可加工各种难加工材料;六是生产成本降低。
一、高速切削的机理
在高速切削过程中,由于切削速度足够快,使应变硬化来不及发生,变形只发生小范围内会使切削力小于传统速度的切削力。高速切屑变形机理在很大程度上与热量有关,随着切削速度的增加,切屑流受到的阻力减小,从而使切屑变薄、切削力减小。
高速切削机理主要包括高速切削中切削力、切削热变化规律.刀具磨损的规律.切屑的成型机理以及这些规律和机理对加工的影响。目前对铝合金的高速切削机理的研究与应用比较成功,但对黑金属和难加工材料的高速切削机理的研究与应用尚处于不断探索之中,应用也是在不成熟的理论指导下进行。另外,高速切削机理的研究与应用已进入钻铰、攻丝等的切削方式中,但还处于探索阶段。随着科学技术的发展,对高速切削的切削力、切削热、切屑成型、刀具磨损、刀具寿命、加工的精度和表面质量等的变化规律将做更加深入的分析与研究。
二、高速切削的发展
高速切削缘起自航空铝合金零件的加工。在该领域,高速加工主要用于铣削高强度铝合金整体构件、薄壁类零件,切除其90%,的材料。
高速切削在现代模具制造业中更具有较大的优势。由于高速性能加工刀具技术的发展使得}IS(:能够加工较硬的钢材,所以可以使用较硬的毛胚直接加工成模具成型零件,减少甚至不需要制造电极,极大程度地消除了耗时的磨削和抛光工序,从而出现了通过高速硬铣实现模具全部加工的发展趋势,促使模具制造朝着快捷、精确和经济的方向发展。采用高速切削替代电火花生产模具,可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。在工业发达国家,据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。
从技术发展角度看,高速铣削正与超精加工、干硬切削加工相结合,开辟了以铣代磨的新天地,极大地减轻了模具的研抛工作量,缩短了模具制造周期。高速切削生产模具已
经逐渐成为模具制造的大趋势。因此可以预计,我国的机械制造企业将会越来越多地应用高速切削技术。
三、高速切削的关键技术
目前国际上高速切削加工技术主要应用于汽车工业和模具行业,尤其是在加工复杂曲面的领域,工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域,显示了强大的功能,而它的发展则涉及到高速切削机床技术、高速切削刀具技术和高速切削工艺技术这三个方面的关键技术。
(一)高速切削机床技术
性能良好的机床是实现高速切削前提和关键,而具有高精度高速主轴和控制精度高高速进给系统,则是高速切削机床技术关键所。高速主轴是高速切削机床核心部件,很大程度上决定着高速切削机床所能达到切削速度、加工精度和应用范围。目前,适于高速切削加工中心其主轴最高转速一般都大于10000r/min,有高达60000r/min～100000r/min,为普通机床10倍左右;主电动机功率15kW～80kW,以满足高速车削、高速铣削之要求。控制精度高的高速进给系统也是实现高速切削的重要技术之一。在进行高速切削时,为了保证零件的加工精度,随着机床转速的提高,进给速度也必须大幅度提高,以便保证刀具每齿进给量不变。
(二)高速切削刀具技术
刀具的使用是实现高速切削重要保证,如何正确选择刀具材料和设计刀具系统对提高零件的加工质量、延长刀具的使用寿命和降低加工成本都起着重要作用。高速切削要求刀具材料具有高硬度、高强度和耐磨性;高韧度、良好耐热冲击性;高热硬性、良好化学稳定性等性能,目前使用最多的刀具材料有:涂层刀具、陶瓷刀具
(A1203,Si3N4)、立方氮化硼(cBN)材料和聚晶金刚石(PcD)材料等。
(三)高速切削工艺技术
进行高速切削时,工件材料不同,所选用切削刀具、切削工艺和切削参数也有很大不同。工件材料与刀具材料的匹配、切削方式、刀具几何参数、切削参数、振动和切削液等因素对都会对加工表面的粗糙度的产生影响,因此在高速切削加工时切削参数的选择和表面质量控制等工艺技术也是需要重视的。
四、结束语
随着科学技术的不断进步与生产水平的逐步提高,对制造业提出的要求也越来越高。高速切削已成为切削加工发展的主要方向之一,它可以大幅度提高生产的效率和零件的加工效率,更能节约刀具材料和切削液,减少对环境的污染,是制造业必然的发展方向。因此,我们要进一步加大对高速切削研究的投入,并逐步去替代传统的切削加工,让其成为时代发展的主流。
参考文献:
[1]张伯霖.高速切削技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
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[3]席俊杰.高速切削的关键技术及应用[J].润滑与密封,2006,(5).
不锈钢切削加工 篇5
切削力计算对切削机理的研究, 对计算功率消耗, 对刀具、机床、夹具的设计, 对制定合理的切削用量, 优化刀具几何参数, 都具有非常重要的意义[1]。近年来随着计算机技术的飞速发展, 数值模拟方法特别是有限元方法在切削模拟中的地位越来越明显。
Strenkowski等[2]预先设置一条分离线来对切屑和工件的分离进行建模, Marusich等[3]使用显示积分算法和网格自适应策略对高速切削进行建模, Yang等[4]采用弹-刚性耦合有限元模型模拟高速切削过程。
当前所采用的切削力有限元计算都将工件简化为平直的, 这使得计算模型的建立非常方便。但实际上, 在车削等加工过程中, 工件表面是回转面, 而非平直的, 因此, 有必要对工件表面曲率对切削力的影响进行讨论。ABAQUS是功能强大的有限元分析软件, 可以分析复杂的固体力学和结构力学系统, 模拟非常庞大复杂的模型, 处理高度非线性问题。
本文使用ABAQUS/Explict程序系统对切削加工过程进行模拟, ABAQUS/Explict程序系统可以从原理上处理切削加工过程这种很强的非线性问题, 且能够定义复杂的接触条件, 并利用动态显式热力耦合分析步对切削加工过程进行动态模拟。
本文研究了切削过程中所必需的关键技术, 通过对比验证了模型结果的可靠性。讨论比较了AISI-316L奥氏体不锈钢切削过程中两种不同的几何模型对切削力和切屑形态的影响, 预测了在不同切削用量下的切削力。最后验证了两个几何模型结果的准确性。
1 几何模型的提出和比较
金属的切削加工过程是一个复杂的非线性问题 (材料非线性、边界非线性、几何非线性) , 无论是从理论上还是从实践上来看都是一个复杂的动态过程, 材料模型既有弹性变形, 又有塑性变形。
以前的研究人员主要是通过以下几种方法来提高切削过程的有限元模拟精度:①通过修改材料的本构模型, 以更好地反映材料的特性;②通过改进工件材料的实验方法, 获得更为精确的试样材料参数;③通过刀-屑摩擦模型的改进来提高有限元的模拟精度。
回转体几何模型和矩形几何模型如图1所示, 试件的曲率半径较大时实验的误差较小, 但在一般的切削机理性研究实验中所采用的试件曲率半径都不会很大, 这样就会对预测结果产生一定的误差。
本文将AISI-316L切削实验中实际的工件形状简化成回转体形状进行几何建模。在保证材料参数、接触条件、载荷约束等相同的情况下分别用两个模型进行模拟并与实验结果进行误差比较。
2 金属切削过程模拟的关键技术
2.1 有限元模型的建立
图1模型的工件材料为316L不锈钢, 刀具材料为硬质合金, 表1所示为工件材料和刀具材料的物理属性。模型在刀具表面和工件表面存在与空气的对流, 对流系数为0.02W/ (m2·K) ;环境温度为20℃;研究中忽略了热辐射的影响。
本文选择的模型为动态热力耦合类型, 切削层和工件使用4节点双线性减缩积分单元 (CPE4R) 进行离散。采用加强型沙漏控制切削层单元。
在矩形模型的底部和未切削层左右各施加一个水平方向的约束, 以限制工件底部的位移, 使底部未加工层完全固定, 失去所有的自由度, 将刀具设置成刚体, 并设定切削速度。
回转体模型是把工件中心的一小部分定义为刚体, 施加的角速度等价于带动工件旋转的实验转速, 将刀具设置成刚体, 并约束所有的自由度, 使回转体固定不动。
2.2 Johnson-Cook材料本构关系
在金属材料切削加工中存在三种效应, 分别为应变硬化效应、应变率强化效应和热软化效应。应变硬化效应表征材料的流动应力随着应变的增加而增大, 应变率强化效应表征材料的流动应力随着应变率的增加而增大, 热软化效应表征材料的流动应力随着温度的增加而减小。Johnson-Cook模型引入了表征以上三种效应的参数, 能够反映出大应变、大应变率和高温情况下的金属本构行为, 适合于不同的材料参数而且形式较为简单, 因此本文采用该模型来描述金属的材料特性。表2所示为AISI-316L钢的Johnson-Cook材料参数。
Johnson-Cook[6]模型可表示为
式中,
式 (1) 只涉及流动应力, 因而它不适用于Johnson-Cook模型中材料的断裂失效, 因为Johnson-Cook模型中材料的断裂是以等效塑性应变来衡量的, 因此本构模型的动态失效准则可表示为
式中,
2.3 切屑分离准则
一个合理的分离准则只有真实地反映切削加工材料的力学和物理性质, 才能得到合理的结果。到目前为止, 在有限元模拟中已经提出了各种切屑分离准则, 这些准则可以分为几何准则和物理准则两种类型。
几何准则主要通过变形体几何尺寸的变化来判断分离与否。物理准则主要是基于制定的一些物理量的值是否达到了临界值而建立的, 主要物理准则有基于等效塑性应变准则、基于应变能量密度准则、断裂应力准则等。
为了能够更加真实地反映模拟结果, 本文采用ABAQUS/Explict中一个动态的失效模型来模拟高速切削过程中切屑同工件的分离过程, 属于物理分离准则。
Johnson-Cook模型的断裂标准衡量参数w定义为
式中,
式 (3) 的累加过程持续整个分析的所有增量步, 除非w值已经累加到1, 此时说明材料已经断裂。
2.4 接触摩擦模型
在金属切削加工过程中, 刀具的前刀面对切屑以及刀具的后刀面和工件已加工表面都存在摩擦和挤压作用。同时, 在切屑、刀具和工件中引起温度、应力和应变等物理量的重新分布, 这些物理量之间的相互耦合作用使工件产生塑性变形。因此, 正确处理前刀面的接触摩擦问题, 建立刀具与工件之间合理的摩擦模型是切削加工模拟成功实现的关键因素。图2所示为沿刀屑界面的理想应力分布模型[7]。
切削过程中的摩擦产生于两个位置:一个是刀具和切屑的接触面, 即刀-屑区;另一个是刀具和工件表面的接触区, 即刀-工件区。这些区域的正压力都很高, 金属材料性能受到高温大变形的影响而发生改变。这些区域的应力因存在滑动区和黏结区, 所以分布是不均匀的。在滑动区, 由于正应力小所以摩擦较小, 属于外摩擦, 而在黏结区, 由于接触区的高温高压作用, 致使金属内部出现剪切滑移, 即内摩擦, 内摩擦与材料的流动应力特性以及黏结面积大小有关, 所以其变化规律与外摩擦不同。本文基于Coulomb[8]摩擦定律而建立的模型为
式中, σf为摩擦应力;σn为正应力;μ为摩擦因数, 取μ=0.3;
3 实验模型准确性验证
表3所示为Umbrello等[9]的实验结果与本文模拟结果比较。采用Johnson-Cook模型的5个不同的材料本构模型 (编号分别为M1、M2、M3、M4、M5) 模拟结果去和实验数据进行比较, 结果见表3。为了验证本文切削模型的准确性, 也按照相同的条件用矩形模型模拟出一组数据。实验采用的参数为:前角γ0=0°, 切削速度v=100m/min, 进给量ap=0.2mm/r, 切削宽度b=6mm。
图3所示为切削过程中切削力随时间的变化关系。取进入稳态过程后的切削力的平均值为模型预测的切削力, 从图3可以看出, 在进入稳态切削后切削力曲线基本在3.5kN上下波动, 与文献[9]中的实验数据较接近。
4 结果分析与讨论
本文不同几何模型的预测结果与Tounsi等[10]的实验结果数据见表4、表5。切削实验参数为:前角γ0=0°, 切削速度v= (67.2, 128.4, 187.2) m/min, 进给量ap= (0.1, 0.2, 0.3) mm/r, 切削宽度b=2mm。
图4所示为两组模型切削力实验结果与预测结果的比较。
取实验编号为2的实验结果进行分析, 其v=67.2m/min, ap=0.2mm/r的两个模型的模拟结果如图5～图10所示。
(1) 通过表4和表5中2个几何模型所测数据与实验所得数据的比较可知, 矩形模型和回转体模型相对于实验的平均偏差分别为12.47%、9.25%, 可以看出2个模型的预测数据都能很好地贴合实验结果, 验证了本文模型模拟AISI-316L不锈钢的切削过程的正确性和预测切削参数的准确性。同时回转体几何模型的结果精度要更准确一些。
(2) 比较表4和表5实验数据与预测数据可以发现:在同一切削厚度情况下, 一定范围内切削速度的变化对切削精度的影响并不大, 切削层厚度对切削精度的影响是主要的, 同一速度条件下预测的精度误差会随着切削层厚度的增大而增大。这主要是由于切削层网格没有很好地细化以及切削层自接触等因素造成的, 可通过进一步优化网格提高精度。
(3) 对比图5、图6和图7、图8可以看出:回转体模型云图的最大应力与应变的幅值都要大于矩形模型的最大应力与应变的幅值。对比图9、图10可以看出:回转体模型的剪切角要小于矩形模型的剪切角。实验证明, 剪切角的大小与切削力的大小有直接联系, 对于同一工件材料, 当剪切角较大时, 剪切面积变小, 切削比较省力, 所测得的切削力较小。另外, 通过图5～图10对比可以发现:回转体的切屑形状更符合实验加工所得的切屑形状。
5 结束语
本文在已验证过的切削模型的基础上, 比较在相同条件下, 同一工件不同的形状的几何建模所预测的切削力及应力和应变的分布。从结果可以看出:几何模型越贴近于实际工件的形状所预测的切削力的结果和其他切削参数的分布就更接近于实际的实验数据。所以在进行切削力、残余应力等机理性研究时, 在没有明显增加模型的复杂程度的情况下, 改进模型的几何形状可以一定程度地提高预测数据的准确性。
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不锈钢切削加工 篇6
随着近年来高速切削加工自动化和生产效率日益提高的需要, 对易切削不锈钢的数量需求日益增加, 303易切削不锈钢就是在304不锈钢中加人硫元素, 硫含量在大于0.15%, 这样既保留不锈钢原有耐蚀性, 同时也有良好的机加工性能。我们采用中频感应炉—电渣重熔生产工艺, 成功生产了303电渣锭。该电渣锭组织致密、表面光滑, 硫含量达到要求, 满足了后续加工的需要, 锭材率大于85%, 达到预期目的[1]。
2 电渣重熔冶炼工艺
2.1 自耗电极
自耗电极化学成分见表1。
电极弯曲度每米不超过一厘米, 表面不得有夹渣、氧化皮、重皮、飞翅、结巴, 清理后必须架空存放。
2.2 渣系选择
考虑到硫在重熔过程中易烧损, 采用如下渣系:
2.3 电渣工艺参数
渣量:5kg
化渣:电压50V, 电流2k A, 液渣起弧。
冶炼:电压50V, 电流2.8千安, 逐级降流补缩。
3 冶炼效果
4 讨论
4.1 电渣重熔的基本原理
303不锈钢电渣工艺难点及关键在于渣系的选择。传统电渣重熔的基本原理见图1。
在铜制水冷结晶器中加入固态或液态炉渣, 将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣 (固渣启动时先加少量固态导电渣) 和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时, 将有电流从变压器输出并通过熔渣。由于熔渣具有一定的电阻, 占据了大部分压降, 从而在渣池中形成大量的热量, 将插入其中的金属电极熔化。熔化的金属液滴从电极端部滴落, 穿过渣池进入金属熔池, 在水冷结晶器的强制冷却下逐渐凝固形成钢锭。金属熔滴在形成和滴落过程中和熔渣充分接触并发生一系列的物理化学反应, 从而可以去除金属中有害杂质元素和非金属夹杂物。钢锭由下而上逐渐凝固, 凝固过程在渣壳的包裹中完成, 形成光洁的钢锭表面。此外, 由下而上的顺序凝固过程保证了重熔金属锭的结晶组织均匀致密, 并有利于抑制偏析, 控制结晶方向, 获得趋于轴向的结晶组织。电渣工艺特性一方面减少合金成分及夹杂物的偏析聚集, 夹杂物级别下降, 电渣锭的组织致密、均匀, 可得到与钢锭轴线几乎平行或成很小角度的柱状晶, 而不是一般铸锭中垂直于锭轴线的横向柱状晶, 这些都改善了303电渣锭的热加工塑性, 为后续加工顺利提供了可靠保证;另一方面其渣温高, 钢渣接触面大, 有利于钢中硫的去除, 又与303不锈钢为了改善切削性能所需的高硫含量相矛盾。因此, 选择合适渣系, 尽量减少重熔过程中硫的烧损成为303钢电渣工艺关键。选择以上酸性渣及弱碱性渣基本上满足了303钢电渣工艺要求[2]。
4.2 硫含量的影响
303不锈钢电渣重熔过程中硫的烧损与其它钢种重熔过程中硫的烧损行为并无差别。电渣过程脱硫研究已相当深入, 所得结论同样对303钢电渣工艺制定具有积极意义。尽量采用低碱度渣, 增加初渣硫化物含量, 减少熔渣氧活度, 减少渣气界面氧化气氛等措施均能减少303钢电渣重熔过程中硫的烧损。
5 结论
303不锈钢电渣重熔比其它钢种更容易产生渣疤, 渣沟, 分流缺陷等表面质量缺陷。同样的电渣工艺条件下1Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9、1Crl7Ni2等钢种不容易产生的表面质量缺陷而303不锈钢却时常产生尤其是分流缺陷。这与303不锈钢特有高含硫量导致重熔渣中比常规渣具有更高的硫化物有关。重视冶炼初期的工艺参数、选择合适的电渣重熔工艺参数, 才可以得到良好的钢锭表面质量[3]。
参考文献
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[2]洪小玲, 肖荣仁.GH2036合金电渣重熔锭气孔分析[J].特殊钢, 2000, (6) :39-41.
浅论金属切削加工切削液 篇7
关键词：金属切削加工,切削液,水溶性切削液
金属切削液,即金属及其合金在切削加工过程中使用的工艺润滑油。金属切削加工是指用具有一定几何形状的刀具,通过刀具与工件间的相对运动,从工件表面切除金属层以获得具有一定几何形状,尺寸和表面质量的工艺过程。
金属的加工方法繁多,其中金属切削加工是金属加工中最常见、应用最广泛的一种。根据工件的形状、精度及表面质量的不同要求,金属切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、铰、拉削、齿轮切削、螺纹加工及磨削等。现在主要讲述金属切削液中水溶性金属切削液的性能和选取。
一般习惯地把金属去切屑加工所用的润滑剂称为切削液,而把金属变形用的润滑剂称为金属加工工艺用液体。金属加工液则是泛指上述两类加工、作业用润滑剂。
而金属的去除和金属的变形是金属的机械加工通常的两种类型。
1 金属切削液的种类
金属切削液通常可分为以冷却为主的水溶性金属切削液和以润滑为主的纯油性金属切削液;水溶性金属切削液又可细分为可溶性油(乳化液)、半合成切削液(微乳化液)和合成切削液三种。在所有润滑油中,金属切削液的用量视各国的具体情况不同,约占其润滑油总用量的2%~3%,我国金属切削液的年用量约为6万吨左右,其中水溶性金属切削液和纯油性金属切削液各占50%左右的份额。
大部分金属切削需要使用切削液,甚至在可以正常进行干切削的作业,如果选用适当的冷却润滑剂也可增加工效。早在1883年,F.W.泰勒(Taylor)曾证明用冲洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。
金属切削液的品种繁多。ASTM D2881把金属加工用的液体划为三类:(1)油和油基液体;(2)水基乳液及分散体;(3)化学溶液(真溶液及胶体溶液)。近年来,金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域(2、3类)。由于这类液体以水为基质,其传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定热量后,比油的温升要慢得多,从而提高了冷却效果,且可减少油雾,因此水基切削液的用量增大。以英国为例,水基切削液在整个切削液市场中约占60%。但是水基切削液与油相比存在着润滑性差,其次是锈蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳定性、可滤性、泡沫性等问题。这些问题对切削液在机床应用时的“油池寿命(Sum p Life)”至关重要。合理选择、应用、监控和维护,对使用水基切削液特别重要。
水溶性切削液的主要性能。我们使用水溶性金属切削液的主要目的是:(1)延长刀具的使用寿命;(2)保证和提高工件的加工尺寸精度;(3)改善工件表面的光洁度;(4)及时排除金属屑,确保切削过程顺利进行;(5)及时带走切削热,迅速均匀冷却刀具和工件等;(6)防止机床和工件产生腐蚀和锈蚀;(7)提高切削加工效率,降低成本。为实现上述目的,要求水溶性金属切液必须具备下列几方面主要性能:冷却性能;润滑性能;清洗性能;防锈性能。
2 金属切削液的成分与选择
根据我国目前市场情况,切削液的主要成分如下:
(1)油或油基液体;(2)乳液;(3)合成液体;(4)化学溶液。
3 水溶性金属切削液的选取
选取金属切削液,首先要根据切削加工的工艺条件及要求,初步判断选取纯油性金属切削液或水溶性金属切削液。通常我们可以根据机床供应商的推荐来选择;其次,还可以根据常规经验进行选取,如使用高速钢刀具进行低速切削时,通常采用纯油性金属切削液,使用硬质合金刀具进行高速切削时,通常可以采用水溶性金属切削液;对于供液困难或切削液不易达到切削区时采用纯油性金属切削液(如攻丝、内孔拉削等),其他情况下通常可采用水溶性金属切削液等。总之,要根据具体切削加工条件及要求,根据纯油性金属切削液和水溶性金属切削液的不同特点,同时考虑各个工厂的不同实际情况,如车间的通风条件、废液处理能力及前后道工序的切削液使用情况等,来选取具体的切削液类型。
其次,在选取了切削液类型后,还要根据切削加工工艺、被加工件材质及对工件的加工精度和粗糙度的要求等,初步选取切削液的品种。如选取磨削加工切削液时,我们不但要考虑普通切削加工的条件,更要考虑磨削加工工艺本身的特点:我们都知道,磨削加工实际上是多刀同时切削的加工工艺,磨削加工的进给量较小,切削力通常也不大,但磨削速度较高(30~80m/s),因此磨削区域的温度通常都较高,可高达800~1000℃,容易引起工件表面局部烧伤,磨削加工热应力会使工件变形,甚至使工件表面产生裂纹;同时,因为磨削加工过程中会产生大量的金属磨屑和砂轮砂末,会影响加工工件的表面粗糙度等;因此,在选取磨削加工的水溶性金属切削液时,我们更要求该切削液具有良好的冷却性、润滑性和清洗冲刷性。而根据工件材质的不同,在选取水溶性金属切削液时也要从不同材质的不同特性选取不同的切削液产品,如切削高硬度不锈钢,就要根据其硬度高、强度大、难切削等特点,选取极压性能好的极压型水溶性金属切削液,来满足切削过程中对切削液的极压润滑性能要求;而对于如铝合金、铜合金等材质时,由于其材质本身的韧性大、活性大等特点,在选取水溶性金属切削液时,则更要求切削液的润滑性、清洗性等,同时,不能腐蚀工件。
在上述初步选取了金属切削液后,还应该从切削液产品对人身的刺激性/毒性、使用寿命、废液处理等方面综合考虑,最终选取正确的金属切削液的品种及使用浓度。在选取水溶性金属切削液时,我们首先要考虑产品的低刺激性、低毒性,以确保操作人员的人身安全;同时,各个使用厂家都强调切削液产品的使用寿命的长短,都要求所选水溶性金属切削液具有一个相对长的使用寿命,来满足工厂降低综合成本的要求,而且,较长的切削液使用寿命,不但降低了水溶性金属切削液的使用量,更减少了换液次数,减少机床停机时间,降低了人工费用,以及减少水溶性金属切削液的废液处理次数和处理以及由此而产生的大量废液处理费用;第三,随着各国对环境环保要求的不断提高,要求水溶性金属切削液的废液必须经过废液处理并达到国家及地方的三废排放标准,方可进行排放,因此,各工厂在选取水溶性金属切削液时,也把其废液处理难易程度列入选取标准之一。
同时,由于水溶性金属切削液中通常都含有表面活性剂、油性剂、矿物油及少量水分,这要求水溶性金属切削液的储存周期不能太长;因此,为确保水溶性金属切削液产品的新鲜,供应商的生产能力、供货周期也应在水溶性金属切削液选取时加以考虑。
在金属切削液的选取中,水溶性金属切削液的选取因其使用特点则更显重要。
4 切削液的使用和维护
配制(稀释)只有水基切削液需要配制,即按一定比例加水稀释。水基切削液特别是乳化型的,在用水稀释时要注意以下几个方面:
(1)水质
(2)稀释
(3)劳动卫生与环境
5 切削液使用中的问题及其对策
5.1 切削波变质发臭的问题
切削液变质发臭的主要原因是:切削液中含有大量细菌,切削液中的细菌主要有耗氧菌和厌氧菌。耗氧菌生活在有矿物质的环境中,如水、切削液的浓缩液和机床漏出的油中,在有氧条件下,每20~30min分裂为二。而厌氧菌生存在没有氧气的环境中,每小时分裂为二,代谢释放出SO2,有臭鸡蛋味,切削液变黑。当切削液中的细菌大于106时,切削液就会变臭。
5.1.1 细菌主要通过以下渠道进入到切削液中
(1)配制过程中有细菌侵入,如配制切削液的水中有细菌。
(2)空气中的细菌进入切削液。
(3)工件工序间的转运造成切削液的感染。
(4)操作者的不良习惯,如乱丢脏东西。
(5)机床及车间的清洁度差。
5.1.2 控制细菌生长的方法
(1)使用高质量、稳定性好的切削液。
(2)用纯水配制浓缩液,不但配制容易,而且可改善切削液的润滑性,且减少被切屑带走的量,并能防止细菌侵蚀。
(3)使用时,要控制切削液中浓缩液的比率不能过低,否则易使细菌生长。
(4)由于机床所用油中含有细菌,所以要尽可能减少机床漏出的油混入切削液。
(5)切削液的p H值在8.3~9.2时,细菌难以生存,所以应及时加入新的切削液,提高p H值。
(6)保持切削液的清洁,不要使切削液与污油、食物、烟草等污物接触。
(7)经常使用杀菌剂。
(8)保持车间和机床的清洁。
(9)设备如果没有过滤装置,应定期撇除浮油,清除污物。
5.2 切削液的腐蚀问题
5.2.1 产生腐蚀的原因
(1)切削液中浓缩液所占的比例偏低。
(2)切削液的p H值过高或过低。例如PH>9.2时,对铝有腐蚀作用。所以应根据金属材料选择合适的p H值。
(3)不相似的金属材料接触。
(4)用纸或木头垫放工件。
(5)零部件叠放。
(6)切削液中细菌的数量超标。
(7)工作环境的湿度太高。
5.2.2 防治腐蚀的方法
(1)用纯水配制切削液,并且切削液的比例应按所用切削液说明书中的推荐值使用。
(2)在需要的情况下,要使用防锈液。
(3)控制细菌的数量,避免细菌的产生。
(4)检查湿度,注意控制工作环境的湿度在合适的范围内。
(5)要避免切削液受到污染。
(6)要避免不相似的材料接触,如铝和钢、铸铁(含镁)和铜等。
5.3 产生泡沫的问题
在使用切削液时,有时切削液表面会产生大量泡沫。
5.3.1 产生泡沫的主要原因
(1)切削液的液面太低。
(2)切削液的流速太快,气泡没有时间溢出,越积越多,导致大量泡沫产生。
(3)水槽设计中直角太多,或切削液的喷嘴角度太直。
5.3.2 避免产生泡沫的方法
(1)在集中冷却系统中,管路分级串联,离冷却箱近的管路压力应低一些。
(2)保证切削液的液面不要太低,及时检查液面高度,及时添加切削液。
(3)控制切削液流速不要太快。
(4)在设计水槽时,应注意水槽直角不要太多。
(5)在使用切削液时应注意切削液喷嘴角度不要太直。
5.4 操作者皮肤过敏的问题
5.4.1 产生操作者皮肤过敏的主要原因
(1)p H值太高。
(2)切削液的成分。
(3)不溶的金属及机床使用的油料。
(4)浓缩液使用配比过高。
(5)切削液表面的保护性悬浮层,如气味封闭层、防泡沫层。杀菌剂及不干净的切削液。
5.4.2 在工作中,为了避免操作者皮肤过敏,应该注意以下几点
(1)操作者应涂保护油,穿工作服,带手套,应注意避免皮肤与切削液直接接触。
(2)切削液中浓缩液比例一定要按照切削液的推荐值使用。
(3)使用杀菌剂要按说明书中的剂量使用。
还有,氟橡胶、脂橡胶受切削液影响变形较小,在用作机床密封件时,可优先考虑。为了防止变形,机床密封件所用橡胶含脂量一般应大于35%。另外,为了有效防止切削液引起机床油漆脱落,可选择环氧树脂漆或聚腔酯漆。
车床及其切削加工 篇8
车床的基本部件有:床身、主轴箱组件、尾架组件、溜板组件、丝杠和光杠。
床身是车床的基础件。它通常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铸铁制成。它是一个坚固的刚性框架, 所有其他基本部件都安装在床身上。通常在床身上有内外两组平行的导轨。有些制造厂对全部四条导轨都采用导轨尖顶朝上的三角形导轨 (即山形导轨) , 而有的制造厂则在一组中或者两组中都采用一个三角形导轨和一个矩形导轨。导轨要经过精密加工, 以保证其直线度精度。为了抵抗磨损和擦伤, 大多数现代机床的导轨是经过表面淬硬的, 但是在操作时还应该小心, 以避免损伤导轨。导轨上的任何误差, 常常意味着整个机床的精度遭到破坏。
主轴箱安装在内侧导轨的固定位置上, 一般在床身的左端。它提供动力, 并可使工件在各种速度下回转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮——类似于卡车变速箱一所组成。通过变速齿轮, 主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有8-18种转速, 一般按等比级数排列。而且在现代机床上只需扳动2-4个手柄, 就能得到全部转速。一种正在不断增长的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。
由于机床的精度在很大程度上取决于主轴, 因此, 主轴的结构尺寸较大, 通常安装在预紧后的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔, 长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸, 因为当工件必须通过主轴孔供料时, 它确定了能够加工的棒料毛坯的最大尺寸。
尾架组件主要由三部分组成。底板与床身的内侧导轨配合, 并可以在导轨上做纵向移动。底板上有一个可以使整个尾架组件夹紧在任意位置上的装置。尾架体安装在底板上, 可以沿某种类型的键槽在底板上横向移动, 使尾架能与主轴箱中的主轴对正。尾架的第三个组成部分是尾架套筒。它是一个直径通常大约在51-76mm (2-3英寸) 之间的钢制空心圆柱体。通过手轮和螺杆, 尾架套筒可以在尾架体中纵向移人和移出几英寸。
车床的规格用两个尺寸表示。第一个称为车床床面上最大加工直径。这是在车床上能够旋转的工件的最大直径。它大约是两顶尖连线与导轨上最近点之间距离的两倍。第二个规格尺寸是两顶尖之间的最大距离。车床床面上最大加工直径表示在车床上能够车削的最大工件直径, 而两顶尖之间的最大距离则表示在两个顶尖之间能够安装的工件的最大长度。
普通车床是生产中最经常使用的车床种类。它们是具有前面所叙述的所有那些部件的重载机床, 并且除了小刀架之外, 全部刀具的运动都有机动进给。它们的规格通常是:车床床面上最大加工直径为305-610mm (12-24英寸) ;两顶尖之间距离为610-1 219mm (24-48英寸) 。但是, 床面上最大加工直径达到1 270mm (50英寸) 和两顶尖之间距离达到3 658mm (12英尺) 的车床也并不少见。这些车床大部分都有切屑盘和一个安装在内部的冷却液循环系统。小型的普通车床———车床床面最大加工直径一般不超过330mm (13英寸) ———被设计成台式车床, 其床身安装在工作台或柜子上。
虽然普通车床有很多用途, 是很有用的机床, 但是更换和调整刀具以及测量工件花费很多时间, 所以它们不适合在大量生产中应用。通常, 它们的实际加工时间少于其总加工时间的30%。此外, 需要技术熟练的工人来操作普通车床, 这种工人的工资高而且很难雇到。然而, 操作工人的大部分时间却花费在简单的重复调整和观察切屑产生过程上。因此, 为了减少或者完全不雇用这类熟练工人, 六角车床、螺纹加工车床和其他类型的半自动和自动车床已经很好地研制出来, 并已经在生产中得到广泛应用。
普通车床作为最早的金属切削机床中的一种, 目前仍然有许多有用的和为人们所需要的特性。现在, 这些机床主要用在规模较小的工厂中, 进行小批量的生产, 而不是进行大批量的生产。
在现代的生产车间中, 普通车床已经被种类繁多的自动车床所取代, 诸如自动仿形车床, 六角车床和自动螺丝车床。现在, 设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量, 然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度这种加工方法的优点。这种加工方法的生产速度与现在工厂中使用的最快的加工设备的速度相等。
普通车床的加工偏差主要依赖于操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验零件的公差。在把试验零件重新设计为生产零件时, 应该选用经济的公差。
对生产加工设备来说, 目前比过去更着重评价其是否具有精确的和快速的重复加工能力。应用这个标准来评价具体的加工方法, 六角车床可以获得较高的质量评定。
在为小批量的零件 (100-200件) 设计加工方法时, 采用六角车床是最经济的。为了在六角车床上获得尽可能小的公差值, 设计人员应该尽量将加工工序的数目减至最少。
自动螺丝车床通常被分为以下几种类型:单轴自动、多轴自动和自动夹紧车床。自动螺丝车床最初是被用来对螺钉和类似的带有螺纹的零件进行自动化和快速加工的。但是, 这种车床的用途早就超过了这个狭窄的范围。现在, 它在许多种类的精密零件的大批量生产中起着重要的作用。工件的数量对采用自动螺丝车床所加工的零件的经济性有较大的影响。如果工件的数量少于1 000件, 在六角车床上进行加工比在自动螺丝车床上加工要经济得多。如果计算出最小经济批量, 并且针对工件批量正确地选择机床, 就会降低零件的加工成本。
因为零件的表面粗糙度在很大程度上取决于工件材料、刀具、进给量和切削速度, 采用自动仿形车床加工所得到的最小公差不一定是最经济的公差。
在某些情况下, 在连续生产过程中, 只进行一次切削加工时的公差可以达到±0.05mm。对于某些零件, 槽宽的公差可以达到±0.125mm。镗孔和采用单刃刀具进行精加工时, 公差可达到±0.0125mm。在希望获得最大产量的大批量生产中, 进行直径和长度的车削时的最小公差值为土0.125mm是经济的。
金属切削加工在制造业中得到了广泛的应用。其特点是工件在加工前具有足够大的尺寸, 可以将工件最终的几何形状尺寸包容在里面。不需要的材料以切屑、颗粒等形式被去除掉。去除切屑是获得所要求的工件几何形状, 尺寸公差和表面质量的必要手段。切屑量多少不一, 可能占加工前工件体积的百分之几到70%-80%不等。
由于在金属切削加工中, 材料的利用率相当低, 加之预测到材料和能源的短缺以及成本的增加, 最近十年来, 金属成形加工的应用越来越多。然而, 由于金属成形加工的模具成本和设备成本仍然很高, 因此尽管金属切削加工的材料消耗较高, 在许多情况下, 它们仍然是最经济的。由此可以预料, 在最近几年内, 金属切削加工在制造业中仍将占有重要的位置。而且, 金属切削加工的自动生产系统的发展要比金属成形加工的自动生产系统的发展要快得多。
不锈钢切削加工 篇9
[关键词]隧道；数控加工； 切削用量； 合理选择
切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容， 切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响。现在，随着CAD/CAM技术的发展，许多CAD/CAM软件都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如：刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此，数控加工中切削用量的确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点来合理的选择切削用量。文章对数控编程中必须面对切削用量的确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，且对应该注意的问题进行了讨论。
一、数控加工中切削用量的选择原则
切削用量包括切削速度（ 主轴转速） 、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工时切削用量的选择原则如下。
粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
半精加工和精加工时， 应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。 切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。
1.背吃刀量ap（mm）的选择。背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量， 这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。具体选择如下： 粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。
当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。
精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时，取ap=0.05～0.8mm；半精加工时，取ap=1.0～3.0mm。
2. 切削宽度L（mm）。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。在数控加工中，一般L的取值范围为： L=（0.6～0.9）d。
3.进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r）的选择。进给量（ 进给速度）是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具， 其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数Z 及每齿进给量fz的关系为： Vf=fn=fzzn。
粗加工时， 由于对工件表面质量没有太高的要求， f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的f；反之，适当降低f。
精加工、半精加工时，f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的，取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则f可选较大值。一般，精铣时可取20～25mm/min， 精车时可取0.10～0.20mm/r。还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。
4.切削速度Vc（m/min）的選择。根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时， 应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。
5.主轴转速n（r/min）。主轴转速一般根据切削速度VC来选定。
计算公式为： n=1000VC/πD 式中，D为工件或刀具直径（mm）。
数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
二、 结语
随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控加工程序的编制过程中，要在人机交互状态下合理的确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉数控加工中切削用量的确定原则，结合现场的生产状况，选择出合理的切削用量，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
参考文献 ：
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[4] 郑焕文. 机械制造工艺学. 北京：高等教育出版社，1994.
不锈钢切削加工 篇10
随着工业技术的发展, 许多新型材料诞生, 与传统材料不同, 新型材料往往具有更优秀的物理性质。为了适应日益发展的工业技术和工业发展以及为了满足客户越来越多的要求, 对许多工业产品的硬度有了一定的要求。随着产品硬度的提高, 传统切削液的切削效率已经无法保证切削工作的顺利完成, 又因为切削液是机械加工行业中极其重要的配套材料, 因此我们必须就如何改良切削液使用现状及如何正确选用和维护切削液进行深入地研究, 以求提高切削液的工作效率以及相关机器的使用寿命[1]。
1 对切削液主要概念的介绍
1.1 切削液的主要概念
切削液是一种用在金属切削、磨加工过程中, 用来冷却和润滑刀具及加工部件的工业用具。切削液一般由许多种超强功能助剂通过一步步的科学复合方法配成, 目前, 切削液是工业生产中必不可少的配套材料, 切削液的质量直接影响到工业生产的顺利与否。
1.2 切削液的主要作用
在工业材料的生产工作中, 切削液的作用众多, 主要作用包括对金属材料及相关部件的冷却、润滑、除垢、除锈以及防腐。切削液的诞生解决了传统皂基乳化液防锈效果差、难以稀释所带来了种种不便。切削液的各项功能均优于皂化油, 同时切削液无毒, 无害, 无刺激性气味, 对设备、人体、环境都不会造成损害。
1.3 切削液的主要分类
1.3.1 水基切削液
水基切削液分为水溶液、乳化液和化学合成切削液三种。三种水基切削液最大的不同在于主要成分的不同, 这就导致了两种切削液性能的不同。水溶液主要由水构成, 在水溶液中加入一定量的防锈剂和油性添加剂, 可以起到一定的防锈润滑作用, 水溶液的导热性能较好, 因此工业生产中常在磨削工作中运用水溶液。乳化液与水溶液有所不同, 乳化液主要由乳化液构成, 在乳化液中加入矿物油和防锈剂就可以起到一定的清洗冷却作用, 同时也可以用于防锈和润滑;同样, 在乳化液中只加入大量的防锈剂, 就可以用于气候潮湿地区的防锈工作[2];此外, 在乳化液中加入含硫等元素的极压添加剂就可以借助切削产生的高温和高压形成一层密集的金属保护膜, 起到一定的润滑和防腐作用。乳化液比水化液应用更加广泛, 原因在于, 乳化液可以有效避免各种防腐剂和油性剂所带来的爆炸、起火危险, 可以大量用于热度较高的切削工作车间, 同时乳化液的成本更小, 价格更便宜, 可以广泛应用于工业生产的各个环节上。除了乳化液和水溶液, 化学合成切削液是一种由水及各种添加剂所构成的多功能切削液, 可以有效运用于工业生产中的冷却和清洗, 适用于高速切削工作。化学合成的切削液具有良好的可见性, 可以适用于数控机床等现代新型加工设备的工作中, 但是, 化学合成切削液缺乏一定的润滑和防锈作用, 这就导致了化学合成切削液适用范围并不如水溶液和乳化液。
1.3.2 油或油基切削液
油或油基切削液在工业生产中的应用并不广泛。其主要成分是矿物油, 包括脂肪油切削液、极压切削液和符合切削液三种, 与水基切削液类似, 油或油基切削液的三种切削液根据成分的不同也具备不同的性能和不同的实际应用。脂肪油切削液主要由矿物油和脂肪油构成, 该种切削液润滑性能优秀, 适用于精密零件的加工与制作;极压切削液由矿物油和极压添加剂构成, 可以用于高温场合的切削工作;复合切削液由多种添加剂构成, 既能适用于高温环境又能适用于润滑工作。
2 切削液的选用原则
2.1 根据切削工作的要求进行切削液选择
一般来说, 切削工作包括粗加工、精加工两种, 同时根据加工方式, 又可以分为孔加工、深孔加工和磨削三种。不同的工艺加工特点对切削工作的要求也有所不同, 对于切削液种类的选用也有所不同, 例如在粗加工时应以部件的冷却为工作重点, 因此应选用水溶液或低浓度乳化液以保证冷却工作的正常进行, 同样, 在进行磨削时, 会产生大量的碎屑, 因此需要具有优质清洗作用的切削液[3]。总之, 切削液的选用与具体的生产工作要求相关, 切削工作人员应提前对切削工作进行分析, 选用正确的切削液, 方能保证切削工作和工业生产的顺利完成。
2.2 根据加工材料的性质进行切削液选择
加工材料的各种性质都影响到切削工作的进行, 一般来说, 切削硬度一般的普通钢材可以选用乳化液, 而切削不锈钢等高强度金属时就应该选用包含极压添加剂的切削液, 一方面可以提高切削液的活性, 另一方面也可以增加一定的润滑性, 促使切削工作的完成[4]。此外, 在切削硬度较低的材料时应采用不含极压添加剂的切削液, 以防止高压所带来的材料损害。除了根据材料硬度选用切削液外, 还应根据生产工作的实际温度和材料的具体成分进行切削液的选择, 以防止因切削液选择不当而造成的材料浪费和设备损害。
2.3 根据刀具材料的种类进行切削液选择
不同材料的刀具对切削液的选择也会有影响, 具体来说, 一方面不同材料的刀具会适用于不同的切削工作, 不同的切削工作就需要选择不同的切削方式;另一方面, 如果选用不正确或不合适的切削刀具进行切削工作, 势必降低切削液应有的工作效率。
3 切削液的维护原则
3.1 确保切削液管道通畅
应尽量保障切削液管道的顺畅, 防止因杂油、杂物等其他材料所造成的切削液管道堵塞现象以及对切削液质量的影响[5]。
3.2 防止切削液细菌滋生
切削液在合适的环境中极易滋生各种细菌, 这些细菌会严重降低切削液的实际工作效率。因此必须定期向切削液中投入定量杀菌剂, 以防止细菌的滋生。
3.3 控制切削液的浓度
应随时对切削液的浓度进行检查和调整, 保证切削液的稳定性。同时应及时对切削液进行净化, 防止发霉变臭现象的发生。
4 结语
从工业革命起至今, 工业技术已经发生翻天覆地的进步。近年来, 随着科学技术以及新型机械加工设备的进步与发展, 许多新材质新材料逐渐被研发出来。许多新型材料具有一定的强度, 传统的切削液无法顺利对其进行切削工作。为了满足工业领域对产品零件加工质量的需求以及新材料的切削工作要求, 就必须选择更加合适的切削液进行切削工作。合理的切削液可以最大程度上提高工件的质量和机床的使用寿命, 可以有效提高切削工作的效率。
摘要：选用正确的切削液进行切削工作, 同时加强切削液的维护工作, 对减少成本支出, 提高企业经济效益有着重要作用。就切削液的种类、特点及实际应用进行分析, 并探索出选用切削液的原则和切削液的具体维护方法。
关键词：金属切削,切削液,种类,特征,选用,维护
参考文献
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[3]顾永其.切削液的选择、维护及应用案例[J].石油商技, 2010 (1) :40-42.
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