金属切削技术

金属切削技术（精选11篇）

金属切削技术 篇1

据统计, 我国国民生产总值中约有1/4直接来自于机械制造业, 此外还有相当多的产业与机械制造技术的发展密切相关, 如电子、纺织、采矿、石油等。在机械制造中, 95%以上的机械加工是由切削加工来完成的。虽然一些特种加工技术, 如电加工、激光加工、超声加工等, 也在不断的发展。但迄今为止, 切削加工在大多情况下, 依然是能耗最少、效益最高、最经济的加工方法。据专家估计, 在21世纪切削加工仍将占机械加工量的90%以上。本文试从以下几方面分析金属切削技术的发展状况、探讨其发展规律和预测其发展趋势。

1 金属切削技术的发展

1.1 切削加工自动化技术的发展

随着FMS、CIMS等技术的发展与应用, 目前切削加工自动化技术的发展成为制造技术领域最热门的技术之一。伴随着微电子与信息技术的发展而产生与发展, CAD.CAPP.CAM.CAE.MRPII等关键技术为迅速提高制造工程领域的管理水平、显著降低制造过程中的大量辅助工时、推动设计制造一体化及产品质量提高等起到巨大作用。同时, 这些技术也给传统的金属切削理论与技术提出了新的要求与发展方向。推动了它在柔性自动化生产条件下的发展和进步, 其中较重要的发展领域和技术成果有。

1) 切削数据库与工艺数据库。

微机辅助数据库技术迅速发展, 克服了过去全靠人的经验或查阅手册来获得切削技术数据的困难, 补充了在信息量、获取信息速度和信息准确性等方面的不足, 为CAPP.CAM.CIMS等奠定了坚实的基础。

2) 切削技术专家系统。

人工智能技术在金属切削领域的应用, 产生了切削技术专家系统, 它为解决切削技术中的若干决策 (优选刀具材料, 结构.切削用量等) 、咨询 (刀具牌照对照, 切削数据查询, 切削效果评估等) 、诊断 (刀具失效原因分析, 切削过程故障诊断等) 管理 (刀具市场相信管理, 刀具库存管理, 刀具流在线管理) 等问题提供了有效的工具。

3) 切削用量和工艺过程优化。

传统的优化理论多以单刀单工序, 单目标单参数的优化为主, 而在现代化加工系统中, 大量的优化工作需要在多刀 (多把刀具同时工作或用复合刀具切削) 、多工序 (车、钻、镗、铣等同时进行) 、多优化目标 (低成本, 高生产率, 高利润率, 保证加工质量) 、多优化参数 (刀具几何参数, 切削用量, 工艺过程) 等条件下进行, 这就要求相应的优化理论与技术的进步。

4) 刀具寿命及其可靠性。

在现代柔性自动化加工系统中, 由于设备昂贵, 自动化程度和灵活性要求高, 对刀具提出了一系列新要求, 如:刀具的切削速度高, 以便充分利用设备的效率, 弥补其昂贵的缺陷;刀具通用性好, 耐用度长, 以避免频繁换刀;刀具几何状态和切削性能一致性好, 可靠性高, 以保证整个自动加工过程的可操作性和稳定性。因此, 对刀具材料与结构提出了新的要求。

5) 切削过程检测与监控。

在制造系统无人管理的情况下, 对切削过程的各种状态 (切屑力, 切削热, 刀具磨损, 加工尺寸, 断屑效果, 系统震动等) 和各种故障 (刀具破损, 切削区过热, 尺寸超差等) 应有完善的检测与监控系统, 以便及时报警, 停机或自适应调节, 有效的减少废品率, 降低加工成本。

在这些方面, 多数技术已经取得显著成果, 有些正在组织攻关, 将会不断有所突破并应用于生产中。

2 精密高效切削技术的发展

精密加工技术, 在许多工业尖端技术及现代武器制造中有着非常重要的地位, 在某些领域甚至成为关键技术。例如, 美国二型洲际导弹的命中精度为500M, 换上高精度陀螺仪后的MX导弹命中精度达到50～150M, 提高了近一个数量级。计算表明, 如果1千克重的陀螺转子, 其质量中心偏离它的对称轴0.5nm, 将引起100M的射程误差和50M的轨道误差, 由此可见精加工技术的重要意义。

目前, 在许多高新技术产品的设计中, 已普遍提出微米级亚微米级, 以及纳米级加工精度的要求。例如, 人造卫星用真空无润滑轴承的孔和轴的表面粗糙度要求达到Ramax≤1nm, 圆度和圆柱度要求也是纳米级, 某些发动机的关键运动部件曲轴连杆等的加工精度要求也达到微米, 亚微米。

自20世纪50年代开始, 国外就开发超精密切削技术与机床, 目前用金刚石刀具和专用机床已可实现1nm切削厚度的稳定切削, 中小型超精密机床已可稳定达到, 主轴回转精度0.05um, 加工形状精度0.3-0.5um, 加工表面粗糙度Ra=0.01um以下, 我国一些单位对超精密加工机床和切削技术的研究也取得了许多成效。

在高效切削技术方面, 目前研究工作比较活跃, 已取得显著成果的主要是超高速切削技术。一般情况下切削状态、切削力、切削温度、刀具磨损等会随着切削速度提高而恶化。但是, 这个趋势不会发展下去, 随着科学技术的发展, 金属的切削理论成为实用技术, 70年代后机床与刀具技术为此提供了物质支持, 这项研究才又重新活跃起来。目前, 超高速切削机床的主轴转速超过10000r/min的已不罕见, 现在发达国家超高速切削速度:车削:700～7000m/min;铣削:300/6000m/min;钻削:200～1100m/min;磨削:5000-1000m/min。这样, 切削速度大约超出目前普通机床切削速度的十倍左右, 采用超高速切削突出的特点如下。

1) 切削效率高, 切除单位体积材料的能耗低。

2) 单位切削力下降, 切削热大量被切销带走, 切屑热降低, 切削过程激振频率远离工艺系统共振频率, 加工质量好, 加工精度高。

3) 刀具磨损的增长速度, 低于切削效率的增长速度, 相对刀具寿命延长。

4) 一些传统切削无法加工的零件 (精密薄壁件) , 可以在超高速切削条件下一次成型, 由此扩大了加工范围。高效切削技术, 包括强力切削、磨削技术和一些难加工材料的特种切削加工技术。例如, 加热切削、冷冻切削、真空切削、振动切削等, 都有新的技术发展。因此, 超高速切削技术受到各工业发达国家的高度重视。

3 刀具技术的发展

刀具是实施切削加工的主体, 许多切削技术的发展和应用都与刀具技术密切相关。在刀具技术方面, 新型刀具材料的发展是其最活跃的领域。从1898年发明了高速钢, 1925年发明了硬质合金以来, 世界的刀具技术进入高速钢和硬质合金时代, 用量占全部刀具材料的90%以上。同时, 出现了具有发展潜力的新型刀具材料。

1) 高性能高速钢:

如高碳。高钒、高钴、含铝、粉末冶金等高速钢, 它们的耐用度在一般切削条件下, 可比普通高速钢提高1.5～3倍。

2) 新型硬质合金:

如添加胆铌、超细晶粒、Tic基和Ti (c.N) 基、稀土等硬质合金。传统上硬质合金多用于车刀, 目前多用于端铣刀、立铣刀、铰刀、钻头和螺纹齿轮刀具。

3) 涂层刀具:

是近年发展十分活跃的领域, 应用于柔性自动化加工系统具有特殊优越性, 主要有CVD化学气相沉积、批PVD物理气相沉积的涂层硬质合金和涂层高速钢及复合涂层。

4) 复合陶瓷材料:

主要品种有氧化铝系复合陶瓷、氮化硅系复合陶瓷、硅铝复合陶瓷, 它们的硬度可达HRA91-95, 抗弯强度可达0.7～1.2CPa。最新发展的sic晶须增韧陶瓷, 其综合切削性能更加优越。

5) 超硬度刀具材料:

主要是立方氮化硼 (CBN) 和聚晶金刚石 (PCD) 。用它们作为刀具材料主要是其高硬度, 可用于切削硬质合金和陶瓷, 它们在高速精加工和特殊难以加工材料的加工中发挥重要作用。

随着新型刀具材料的发展, 新型刀具结构也有较大的进展。历史上刀具结构技术发生了4次重要改革:整体刀具;焊接刀具;机夹不重磨刀具;模块化可重构刀具。目前, 在普通机床大多数使用机夹不重磨刀具, 在加工中心使用模块化可重构刀具, 刀具结构上的柔性化使柔性自动化加工设备如虎添翼, 一些新型的高效刀具层出不穷, 为提高瓶颈工序的加工效率起到重要作用。

4 金属切削技术的发展趋势

金属切削理论与技术, 是机械制造业的基础理论和基本技术, 在世界经济和技术发展中起到重要作用, 必将获得长足的发展。笔者认为, 这一发展趋势应当引起决策者和科技界的足够重视, 其理由如下。

4.1 机械制造业的重要性

经济发展的历史表明, 不重视制造业发展, 将导致经济落后。美国在二战后拥有世界上最先进的机械制造业, 工业产品出口到全世界, 一度成为世界的霸主。但因后来在微电子, 信息, 宇航等方面的发展, 忽视了机械制造业及其人才培养, 导致工业走下坡路。上世纪80年代, 美国关于工业竞争的总统委员会在其报告中检讨“美国在重要技术市场中失利, 一个重要因素是没有把自己的技术应用到制造业中”。

4.2 切削技术进步的重要性

技术发展往往是阶段性的, 在前一二十年, 由于世界经济市场发展巨变、市场变化速度和产品的更新换代加快, 迫使制造业必须解决生产周期长, 市场反映速度慢的问题, 而这个问题的关键如何压缩市场规划产品设计, 生产准备等环节所需要的时间, 这些时间比产品制造环节时间多, 但是计算机技术的发展为此提供强有力的工具, 随着这些问题不断解决和技术的完善, 产品制造环节又成主要矛盾, 它关系到产品生产效率和质量。因此, 制造环节时间问题是决定的重点, 它必须依靠切削理论和切削技术的进步。

4.3 刀具加工的重要性

机械加工的根本目的, 是用刀具切除工件上多余的材料, 使其成为精度和表面质量等符合技术要求的零件。因此, 机械加工的矛盾是刀具与工件的矛盾。没有合适刀具, 再高级的控制系统也不能完成加工零件的任务, 加工系统中各种“信息流”的有效性是通过刀具体现在产品上, 这是机械加工过程的本质。因此, 我们不能一味地追求计算机辅助软件的投入与建设, 而忽视对切削技术本身的研究和投入, 这样只能“虚拟制造”。

切削理论与切削技术的研究方向, 除上述提到的课题外, 预计在绿色制造、网络制造、微型制造等领域还会产生新的研究热点。因此, 只有大力加强机械制造过程中技术、工艺研究和建设, 才能真正有效的振兴我国的制造业。科技与工业技术的不断发展, 将对制造业提高新的需求, 我们将勇敢面对新的机遇与新挑战。

摘要：结合机械制造业发展中存在的问题, 深入分析了金属切削技术发展的实际状况, 并对金属切削技术的未来发展趋势进行了科学预测。

关键词：金属切削,机械制造,加工技术

参考文献

[1]袁哲俊, 姚英学.切削加工生产技术的发展展望[D].中国高校金属切削研究会第五届年会论文集, 武汉:华中理工大学出版社, 1995.1.

[2]于启勋, 庞思勤, 朱正芳.现代先进制造系统中切削技术的新发展[M].北京:机械工业出版社, 1996.

[3]杨广勇.超高速切削技术[J].工具技术, 1997.

金属切削技术 篇2

1、过渡表面：工件上由切削刃正切削着的表面，处在待加工表面与已加工表面之间；

2、待加工表面：工件上即将被切除的表面，也称加工表面或切削表面。

3、进给量：主运动的一个循环或单位时间内刀具和工件沿进给运动方向的相对位移量；

4、自由切削：只有一个切削刃参加切削的情况；宽刃刨刀刨削工件就属于自由切削；

5、非自由切削:由非直线切削刃或多条直线切削刃同时参加切削的情况；车外圆、铣键槽属于非自由切削。

二、填空题

1、刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为（磨钝标准）。

2、刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具（磨钝标准）所经历的总的切削时间称为（刀具耐用度）。

3、前角γo是（前刀面）与（基面）之间的夹角；后角αo是（后刀面）与（切削平面）之间的夹角。

4、高速钢是一种加入了较多的钨、（钼）、（铬）、（钒）等合金元素的高合金工具钢。

5、一般情况下，当前角增大时，剪切角随之增大，变形（减小），当摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形（增大）。

6、目前应用较广而且比较成熟又简单可靠的测量切削温度的方法，是（自然热电偶法）和（人工热电偶法），也常有用半人工热电偶法的。

7、通常刀具磨损的形态有（前刀面磨损）、后刀面磨损和（边界磨损）。

8、在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度，称为（工件材料切削加工性）。

9、所谓切削用量是指（切削速度）、（进给量）和（背吃刀量）。

10、主偏角是指主切削刃的投影与（进给方向）的夹角。副偏角是指副切削刃的投影与（进给方向）的夹角。楔角是（前刀面）与（后刀面）的夹角。

11、硬质合金是由难熔金属碳化物WC、（TiC）、TaC、（NbC）等和金属粘结剂经（粉末冶金）方法制成的。

12、切削热的来源就是（切屑变形功）和（前、后刀面的摩擦功）。

13、工件材料的强度越高，切削力就（越大），切削温度（越高），刀具磨损加剧。

14、钢的锰含量在11%-14%时，称为（高锰钢），它全部都是（奥氏体组织）时，可获得较好的使用性能。

15、加工塑性材料时，应选择（较大）的前角；加工脆性材料时，应选择（较小）的前角。

16、砂轮的特性主要由（磨料）、粒度、（结合剂）、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。

17、非水溶性切削液主要是切削油，它主要起到（润滑）作用，水溶性切削液具有良好的（冷却）作用，清洗作用也很好。

三、简答题

1、试分析加工不锈钢、奥氏体耐热钢、淬硬钢、高锰钢、钛合金时刀具材料的选择。

答：YW类硬质合金：主要用于加工高锰钢、不锈钢等难加工材料； 奥氏体耐热钢 ：细晶粒硬质合金； 易造成崩刀，宜采用韧性较好的YG合；

钛合金：可选用YG类合金。

2、加工钢料等塑性材料和加工铸铁等脆性材料时，前刀面和后刀面的哪一方面切削温高？ 答：加工钢料塑性材料时：前刀面的切削温度高；

加工铸铁脆性材料时：后刀面的切削温度高。淬硬钢：由于切削力很大，切削与前刀面接触长度很短，切削力集中在切削附近，3、通常刀具磨损的原因主要有哪些？它们的磨损形式是什么？ 答：刀具磨损的原因：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损；

刀具磨损的形态：前刀面磨损、后刀面磨损、边界磨损。

4、刀具破损有哪几种形态？刀具材料对破损形态有什么影响？

答：刀具破损的形态：1）刀具脆性破损的形态有：崩刃、碎断、剥落、裂纹破损；

2）刀具的塑性破损。刀具材料对破损形态的影响：

1）陶瓷和硬质合金刀具断续切削时常出现崩刃，出现小块碎断或大块断裂的情况； 2）硬质合金和陶瓷刀具断续切削时时常发生碎断，一般情况下可以重磨修复再使用； 3）陶瓷刀具的端铣和硬质合金低速断续切削时发生剥落；

4）刀具材料在长时间断续切削时会由于疲劳引起裂纹不断扩展，引起切削刃的碎断或断裂。

5）刀具材料硬度越高，越不容易发生塑性破坏，因而高速钢刀具因其耐热性较低常发生塑性破损。

5、刀具磨损的主要原因是什么？刀具材料不同，其磨损原因是否相同，为什么？ 答：

1、刀具磨损的主要原因是：机械磨损和热、化学磨损；

2、其磨损原因不同；机械磨损是由工件材料中硬质点的刻化作用引起的磨损；热、化学磨损是由粘结、扩散、腐蚀等引起的磨损。

6、为什么一般均采取减小副偏角而不采取减小主偏角的方法来减小表面粗糙度？

答：因为减小副偏角的效果比减少主偏角的效果更明显；减小主偏角意味着切削抗力增大，易使工件产生振动；

7、影响切削温度的主要因素有哪些？随着这些因素的变化切削温度如何变化？ 答：主要影响因素有：1）切削用量的影响2）刀具几何参数的影响3）工件材料的影响4)刀具磨损的影响5）切削热的影响；

切削温度的变化：

1、切削用量：1）随切削速度的增加，切削热带走热量的比率增大，切削温度的提高越缓慢；2）随进给量的增大，切削带走的剪切热和摩擦热越多，切削温度提高的越缓慢；3）背吃刀量对切削温度影响较小；

2、刀具几何参数：1）切削温度随前角的增大而降低；2）切削温度随主偏角的减小使切削温度下降；3）负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小；

3、工件材料强度硬度增大时，产生的切削热增多，切削温度升高；

4、刀具后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；

5、切削液能够降低切削温度。

8、提高切削用量的途径有哪些？（184）

答：

1、采用切削性能更好的新型刀具材料，采用耐热性和耐磨性高的刀具材料是提高切削用量的主要途径；

2、改善工件的加工性，采用添加硫、铅的易切钢；

3、改进刀具结构和选用合理刀具几何参数；

4、提高刀具的刃磨及制造质量；

5、采用新型的性能优良的切削液和高效率的冷却方法。

9、试分析刀具材料对加工粗糙度的影响。（149）

答：

1、刀具材料不同，与工件材料的亲和力不同，产生积屑瘤的难易程度不同，因而导热系数及前刀面摩擦系数不同，粗糙度不同；

2、刀具材料与工件材料间摩擦系数越大，粘结情况越严重，工件加工表面粗糙度就越大；

10、什么是易切削钢？它的易切削原理是什么？

答：易切削钢：在钢中加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切削元素，以改善其切削加工性的合金钢。

由于钢中加入的易切削元素，使钢的切削抗力减小，同时易切削元素本身的特性和所形成的化合物起润滑切削刀具的作用，易断屑，减轻了磨损，从而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具寿命和生产效率。

11、加工硬化产生的原因，以及影响加工硬化的的因素有哪些？ 加工硬化产生的原因，以及影响加工硬化的的因素有哪些？P150 原因：已加工表面的形成过程中，表层金属经受了复杂的塑性变形。加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表层组织硬化。影响加工硬化的因素

1、刀具方面：前角越大，硬化层深度越小；切削刃钝圆半径越大，加工硬化越大；刀具后刀面磨损量VB越大，加工硬化越大。

2、工件方面： 塑性越大，强化越大，熔点越高不易弱化，则硬化越严重。

3、切削条件：随切削速度的增加加工硬化先是减小（变形小），随后又随切速的增加而增加（温度高，发生相变，遇急剧冷却，产生淬火）；很高切速下，进给量增大，加工硬化增大；背吃刀量对加工硬化的影响不显著。

四、论述题

1、试简述积屑瘤是如何产生的？它对切削过程有哪些影响？防止积屑瘤的方法有哪些？

如何产生的：当切屑与刀具前刀面的接触面达到一定温度，同时压力又较高时，会产生粘结现象，亦即一般所谓：冷焊。这时切屑从粘在刀面的底层上流过，形成内摩擦，如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。一般，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化现象也不会产生积屑瘤。影响：

1、实际前角增大，切削力减小；

2、增大切削厚度，引起振动；

3、使加工表面粗糙度增大；

4、刀具耐用度降低。

方法：（1）降低切削速度，使温度降低，使粘结现象不易发生；

（2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；

（3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；

（4）增加刀具前角，以减小刀屑接触区压力；

（5）提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。

2、怎样通过分析影响工件材料切削加工性的因素，来探讨改善工件材料切削加工性的途径？

因素：工件材料硬度，工件材料强度，工件材料塑性和韧性，工件材料导热系数，工件材料化学成分，工件材料金属 组织，切削条件等。

途径：调整工件材料的化学成分，以改善切削加工性，在大批量生产中，通过调整工件材料的化学成分来改善切削性，如加入S、Pb 等，能使钢的切削加工性得到改善，切削力小，容易断屑，且刀具耐用度高，加工表面质量好。通过热处理改变工件材料的金相组织和物理力学性能以改善切削加工性。

3、工件材料切削加工性为什么是相对的？用什么指标来衡量工件材料切削加工性？怎么评价工作材料切削加工性？

加工设备不同，生产方式不同，切削状态不同等等，都使衡量切削加工性的指标不相同，因此切削加工性是一个相对的概念。以加工质量、刀具耐用度和断屑性能衡量金属材料的切削加工性。当刀具耐用度为T时（一般情况下可取T=60min），切削该种工件材料所允许的切削速度VT越高，则工件材料的切削加工性越好。生产中通常使用相对加工性来衡量工件材料的切削加工性，所谓相对加工性是以45钢的V60J作为基准，其它被切削的工件材料的V60与之相比的数值，记作kv，即相对加工性。

4、提高难切削材料切削加工性的途径有哪些？并简要说明。

1）选择合适的刀具材料，刀具材料的性能会影响切削的效率，同时切削的对象不同选用不同的刀具材料； 2）对工件材料进行相应的热处理，尽可能在最适宜的组织状态下进行切削； 3）提高机床-夹具-刀具-工件这一工艺系统的刚性，提高机床的功率；

4）刀具表面应该仔细研磨，达到尽可能小的粗糙度，以减小粘结，减小因冲击造成的微崩刃； 5）合理选择刀具几何参数，合理选择切削用量； 6）对断屑、卷屑、排屑和容屑给予足够的重视； 7）注意使用切削液，以提高刀具耐用度；

5、简述残余应力产生的原因及其影响因素。原因：

1）机械应力引起的塑性变形，表层金属产生残余压应力； 2）热应力引起的塑性变形，表层金属产生残余拉应力；

3）相变引起的体积变化，相变体积增大时，表层金属产生残余压应力，里层产生残余拉应力。体积减小则相反。影响因素：

1）刀具的影响，当前角由正值变为负值时，表层的残余拉应力逐渐减小，但残余应力层的深度增大。后刀面的磨损加剧，则使表面残余拉应力增大，应力层深度增加；

2）工件的影响，塑性大的材料表面容易产生残余拉应力，而且塑性越大残余拉应力越大。对于脆性材料表面产生残余压应力；

金属切削技术 篇3

一、全方位的多媒体效果形象直观,有利于突破重难点

PowerPoint集文字、图形、图像、声音、视频、动画制作于一体,具有强大的多媒体演示功能,能化静态为动态,化动态为静态,化无声为有声,化枯燥为生动,化抽象为直观,化微观为宏观,并能跨越时空的限制。各种多媒体素材可信手拈来,为教学所用。下面仅从声音、视频、动画三方面加以说明。

1.声音

点击“插入”菜单中的“影片和声音”,获取“剪辑库中的声音”或从其他位置(如CD-ROM等)插入音效、音乐。恰如其分的背景音乐能烘托出复习的主题,同时也为枯燥紧张的理论学习营造了一点轻松愉快的氛围。如在组合夹具教学时,插入一些音乐可以引起学生的注意力。此外还可视具体情况在幻灯片放映中录制语音旁白或者声音。

2. 视频

点击“插入”——“影片和声音”——“剪辑库中的影片”(或“文件中的影片”,便可在幻灯片中自动播放插入的影片,或通过鼠标随机控制影片的放映。还可使用缩放手柄改变影片视窗的大小,循环放映或为影片添加动画效果。如在学习“工件的六点定位原则”、“定位误差的分析”等时,利用插入的动画辅之教师的讲解,完全能够引导学生轻松突破这些重点难点的问题。

3.动画

在PowerPoint中,教师可根据情况对每张幻灯片及每张幻灯片上的不同对象设计相同或不同的动画效果,从而使演示文稿更加生动、直观,比如在学习车床的六级变速操纵机构时用动画演示其操纵过程,易于学生理解、掌握,突破重难点。

二、精彩生动的电子挂图有利于教学

有人说“图是机械结构的第二语言”此话一点不假。纵览机械专业教材(无论新版、旧版)、各类练习试题,其中各种图、表比比皆是。传统教学中,教师常利用自制的各种挂图进行演示,它对于学生对机构的认识起到了一定的作用,然而挂图在制作、呈现、保存、更新上非常麻烦,可视性、直观性也欠佳。PowerPoint之于专业知识最基本的作用就是作为电子挂图发挥其强大的功效。

1.制作简单

利用“插入”命令,可十分方便地插入各种图片(包括从网上下载、扫描仪输入的现成图片);同时也可导入自己利用绘图软件绘制的图片;PowerPoint本身也自带绘图、制表等功能,可方便地制作各章节的知识体系图表、重难点知识归纳比较表、章节知识的"组织结构图"等,比传统挂图制作上更方便省时。

2.呈现方式生动活泼

这一点是传统挂图根本无法比拟的。PowerPoint具有丰富多彩的"切换方式",教师可根据情况随机掌握控制;而各种"自定义"的动画效果更是生动活泼。一方面在展示时大大节省了时间,另一方面在吸引学生注意力,突出重点上更有独到之处。

3.容量大且保存方便

通常,用PowerPoint制作的两节机床与夹具课的课件(演示文稿)大约为几百KB,可包含许多幅图片和文字等资料。课件制作完毕后可根据需要保存在硬盘、软盘或光盘上,甚至发布到校园网、因特网上实现资源共享。这些是传统挂图无法想象的。

4.修改、更新均很轻松容易

传统挂图在制作中若出现错误,修改后便有失美观。而PowerPoint的每张幻灯片都可任意修改、添加,使之更富有表现力,绝不至于出现补丁、污迹。至于随着知识的更新,对演示文稿作全面或局部的调整更是非常轻松的事。

三、超级链接方便自如,有利于前后联系、综合应用

在专业知识的学习中,经常要对本节的知识进行前后对照,对相关章节知识进行横向联系,对同一专题的知识进行对比综合等,利用PowerPoint在演示文稿中插入超级链接,可以从当前的幻灯片直接跳转至本演示文稿的其他幻灯片、其他演示文稿、文件、局域网或因特网上的地址。这样进一步增大了演示文稿的容量及知识的相互联系,最大限度地适应专业理论知识学习的需要。

此外,由于一个演示文稿的容量可能很大,学生在课堂上来不及作详尽的笔记,教师可以发给学生打印的演示文稿,或者让学生复制到软盘上带回家学习,或登录校园网浏览,这样学生在课堂上可以节省不少时间,从而能较宽松地听老师的讲解和与老师进行交流。

当然,PowerPoint在使用中也有一些局限性,如交互性还不够强,在讲解一些推理推导的知识点时效果不佳等,因此我们应该扬长避短,充分发挥PowerPoint的独特优势,提高学生学习机械专业知识的质量和兴趣。

金属切削技术 篇4

1 油雾废气的来源及危害

1.1 油雾废气的来源

机加工过程中为了改善切削条件, 广泛使用切削液。切削液具有冷却、润滑、清洗、防锈、防腐功能;维护费用低。但它也存在着不足, 在工作时要经过泵循环、喷雾、射流与高速旋转的刀具激烈撞击和高温蒸发等过程, 部分切削液蒸发成油雾, 甚至气体, 悬浮在车间里。

1.2 油雾废气的危害

1.2.1 降低车间设备的使用寿命, 危害工人安全, 易引起火灾

机加工车间里, 油雾悬浮在车间中, 经过空调系统时会附着在机床外表面及换热器上, 增加热阻, 降低设备的使用寿命, 大幅度增加设备的使用费用。还会对工人身体的呼吸系统和皮肤健康造成伤害;长期在这种环境下工作, 发病概率很高;油雾的微小液滴, 如附着在地板上, 可能使人滑倒而造成事故;如附着在电器控制元件上, 长时间会导致机床电路系统、控制系统故障;油雾排向室外, 不仅会破坏环境, 而且有可能遇到明火引起火灾等安全问题。

1.2.2 污染水土, 破坏环境

油雾中的油滴沉降到地面会污染土壤, 日积月累渗到地下水;附着在地面的油滴由雨水进入河海湖泊, 影响水生物的生存环境[1]。

机加工中的油雾废气已引起政府和企业的重视, 并力求从源头上减少油雾废气的产生。因此, 油雾废气的治理技术就显得相当重要, 这无论是对环境的改善还是润滑的发展都有极其重要的意义。

2 油雾废气处理技术的方法及净化效果

我国油雾废气净化技术从无到有, 从引进到消化吸收再创新, 经历了逐步发展, 更新换代的过程。从目前国内外的理论研究和工业应用来看, 油雾废气处理技术方法主要有:惯性分离法、静电法、吸收法、过滤法、生物法等。当前我国在这一行业所应用的技术原理与国外相同, 但我国技术起步较晚, 与国外同类技术相比还存在着差距。随着我国制造业的发展、精密加工的普及化, 目前各科研院所及生产企业加大对油雾废气治理的资金和技术投入, 国内油雾废气处理装置的课题研究较为活跃。

2.1 常用油雾废气处理方法

2.1.1 燃烧法

燃烧法是指在高温下废弃物与燃料充分混和, 实现完全燃烧, 使有害物质在高温下分解成无毒无臭的物质[2]。适用于处理高浓度、小气量的可燃性油雾废气。本法工艺简单、净化效率高;但设备易腐蚀, 消耗燃料, 处理成本高, 易形成二次污染。

2.1.2 吸附法

吸附法是利用吸附剂的吸附功能使废气由气相转移至固相, 其应用广泛, 具有能耗低、工艺成熟、净化效率高;缺点是设备庞大, 流程复杂。目前应用广泛的是活性炭吸附法, 其去除效率高, 设备简单, 投资小, 但活性炭更换频繁, 所以增加了更换、装卸、运输等工作程序, 工作效率降低, 运行费用增加。

2.1.3 生物法

生物净化过程实质上是废气经过除尘增湿或降温等预处理工艺后, 由下向上穿过滤床, 废气由气相转移至水—微生物混和相, 经过附着在滤料上的微生物代谢作用而被分解掉[3]。目前研究最多, 工艺最成熟, 最常用的是生物脱臭方法, 处理费用抵, 但占地面积大, 填料需定期更换, 脱臭过程不易控制, 运行一段时间后容易出现问题, 对疏水性和难降解物质的处理还存在较大难度。

2.1.4 离心法

离心法是在圆形壳体内, 高速电机带动有孔和叶片的转鼓高速旋转, 将油烟雾收入鼓中, 经离心旋转撞击到壳体内壁的滤垫, 形成大的油滴, 流回继续使用;气体经过顶部的过滤层排出。其结构简单, 造价低;但是风机高速、功率大, 费用高, 且废气的处理效果不理想, 容易引起装置震动。

2.1.5 过滤法

过滤法是用风机抽吸油雾废气, 使其通过专用的过滤材料, 滤出其中的油回收再用, 过滤后干净空气排出。其适用处理多种类的油烟雾, 包括水溶液、合成油等;但是为了克服滤材的通风阻力, 使用的风机风压高、功率大、运行费用高。油雾废气中的微粒物易堵塞过滤材料, 需不断更换过滤材料, 维护费用高。

2.1.6 等离子体法

等离子法原理是由风机吸入含冷却油烟雾气体, 通过电晕放电使油烟雾微粒带电, 带电微粒通过由高压板组成的静电收集器时, 被吸附到金属板上并集中回收再用, 净化空气排出。离子式的油雾废气处理装置可以在产生大量油雾、油烟的加工状态下使用, 而且使用低压风机, 通气阻力很低, 运行费用低;但是其结构较复杂, 制造要求高, 造价较高, 维护要求也高[4]。

国内市场上油雾废气装置普遍存在几个缺陷:净化效率低;运行成本高;维护周期较短。尤为突出的是大多净化装置仅仅为了满足某种生产要求或工艺需求, 而不是回收弥散在空气中的油雾废气并彻底净化, 没有真正实现油雾废气的治理。目前加工车间所采用的一般油雾净化器, 虽能消除部分油雾污染, 但净化效率低, 不能同时实现对油雾和废气的综合治理, 不能更好地降解油雾中的有机物质和异味。

2.2 现代的油雾净化技术

2.2.1 超重力分离技术

20世纪70年代, 超重力技术备受人们关注, 是一种高效过程强化技术。该技术利用旋转产生的强大离心力来模拟超重力环境而得以实现[5]。高速旋转的填料床产生强大的离心力, 使气液的流速及填料的有效面积大大提高[6]。超重力技术可大幅度提高转化率和选择性及分离过程的效率, 简化工艺流程, 节能减排;核心设备体积小, 质量轻;微观混合得到极大强化;不怕振动和倾斜;易于操作, 停开车、维护与检修方便等。因此它是一种极具推广前景的技术。

3 国内外概况及发展趋势

为了减少工业油雾废气对环境的污染, 许多国家很早就开始进行相关研究。在欧洲, 干切削和硬切削技术得到了快速发展, 这些加工方式最大限度地降低切削液和润滑液的使用量。欧共体开展绿色机床的研发, 力求开发出一种轻量柔性的机床产品。德国在绿色产品开发方面一直处于国际领先地位, 特别是机床的干式切削技术, 被德国各制造企业广泛应用, 取得了显著的经济效益。瑞士也相当重视机床的绿色性能, 在原有机床的基础上, 进行了一系列的改进, 包括:润滑系统的改进;采用静电过滤器对机床内部的空气、切削液、润滑油等进行过滤, 减少环境污染。日本产业技术研究所对复杂机床的加工系统进行研究, 开发出高精度高效率的机床。

在国内, 很多研究机构、企业、学者做了大量的节能减排的工作。首先, 对机床产品进行结构设计;然后, 对机床安装各种环保型装置, 如机床的防护罩和冷却机构等, 减少润滑油和切削液的消耗及其排放。但是, 我国的绿色制造起步较晚, 还没得到广泛应用。现有大部分企业的机械加工车间和普通生产车间都存在油雾废气的污染, 对精密加工过程及精度、周围环境和工作人员的身心健康产生极大的危害。

3.1 治理技术的发展趋势

1) 对于传统的治理方法[7]应加快工艺改进, 提高效率, 节约成本。

a.滤料的性能对过滤有很大影响。根据粉尘和气体性质 (温度、湿度、粒径和含尘浓度等) 使用寿命长且耐湿、耐磨、耐腐蚀、机械强度高的特征合理选择滤料[8]。b.采用吸收效果好的吸收剂对吸收法进行工艺设计, 如有机溶剂A bs FO V 97对油气吸收效果最佳[9]。c.活性炭吸附能力由孔隙结构决定的, 粒状活性炭孔隙微小, 结构紧凑, 净化效果不明显, 因此采用活性炭纤维代替粒状活性炭, 大大简化了工艺流程, 提高了净化效率[10]。可焦炭代替活性炭, 因其孔隙半径比粒状活性炭大0.6~0.8nm, 而用完的焦炭, 对焦化厂来说是一种能源, 不需考虑焦炭的放置问题[11]。

2) 近年来新研究的油雾废气处理技术[12], 有生物法技术、光分解法、离心法、等离子体法等应加快其应用研究进度, 提高净化效果, 以期能够在工业上得到迅速推广。

3) 工业油雾废气的成分一般都比较复杂, 往往一种方法很难达到处理效果, 因此需要加快联合工艺的研究, 如低温等离子-吸附法结合技术[13], 这种相结合技术提高污染物降解效率和能源利用率, 等离子体相结合技术具有广阔的发展前景。

4 结束语

金属切削机床磨削加工安全检查表 篇5

转载自智安网：

磨削加工安全检查表

说明

1）磨削加工是用得最广泛的切削加工方法之一。

2）磨削速度很高，每秒30～50m，高速旋转砂轮的破裂可使人致伤；切削温度较高，可达1500℃，可烫伤人体；切削过程历时很短，只有万分之一秒。砂轮型号选择不当、砂轮平衡不好、安装不当、磨削量选择不当、缺乏及明修整和操作不当，均可发生砂轮破裂，碎块崩出造成严重伤亡事故。在砂轮运转时调整、坚固或测量工作时，可能触及高速旋转的砂轮而造成伤害。工件夹固不牢或电磁盘失灵等原因造成工件飞出伤人事故。

3）安装砂轮必须满足下列安全要求：

① 根据砂轮使用说明书，选用与机床主轴转数相符的砂轮。

② 所选用的砂轮要有出厂合格证或检查试验标志。

③ 对砂轮进行全面检查，发现砂轮质量、硬度、强度、粒度和外观有裂纹等缺陷时不能使用。④ 安装砂轮的法兰不能小于砂轮直径的三分之一或大于二分之一。

⑤ 法兰盘与砂轮之间要垫好衬垫。

⑥ 砂轮在安装前要搞好静平衡。

⑦ 砂轮孔径与主轴间的配合要适当。

⑧ 紧螺帽时要用专用扳手，不要用力过猛以防滑倒，螺帽紧固要适当。

⑨ 砂轮装完后，要安装好防护罩，砂轮侧面要与防护罩内壁之间保持20～30mm以上的间隙。⑩ 砂轮装好后要经过5～10min的试运转，起动时不要过急，要点动检查。

4）无心磨床安全检查表适用于M10型及与之类似的无心磨床。

5）平面磨床安全检查表适用于M71型卧轴矩台平面磨床及与之类似的平面磨床。

6）螺纹磨床安全检查表适用于M7520型螺纹磨床及与之类似的精密磨床。

7）光学曲线磨床安全检查表适用于M9050型及与之类似的光学曲线磨床。

（1）无心磨床安全检查表

1.设备检查

1.1砂轮架应齐全、完好、固定可靠、调整方便、工作时应运行平稳、无异常噪声。

1.2砂轮主轴的螺纹旋向必须与砂轮工作时的旋转方向相反。

1.3主轴轴向止推装置必须安装牢固，能有效地控制主轴的轴向串动。

1.4进给机构的零件应齐全、完好、定位准确、固定可靠。

1.5杠杆系统应操作灵活、零件齐全、装配牢固、不得有松动现象。

1.6滚轮应安装正确、滚动灵活、不许在运转时夹紧工件。

1.7冷却系统应能正常工作，在磨削工件和修整砂轮时能很好地进行冷却。挡板应齐全、完好、以防冷却液飞溅。

1.8皮带传动装置和交换齿轮均应设置防护罩。砂轮防护罩应符合安全要求。

1.9应设置木质脚踏板。

2.行为检查

2.1用手送磨削工件时，手离砂轮应在50mm以上，不要握得太紧。

2.2用推料棒送料时，要拿铅料棒，禁止用金属棒。

2.3调整磨削量时，试磨工件不能少于三个。

2.4修正砂轮时，要慢慢进刀，并给充分的冷却液，以防损坏金刚钻。

2.5工件在砂轮中间歪斜时，要紧急停车。

2.6磨棒料时，要求托料架与砂轮、导轮间的中心成一直线。严禁磨弯料。

2.7工件没从砂轮磨出时，不准取出。手接工件，要迅速把工件握住，停止其转动。

2.8料架上的工件要放好，以防滚掉下来伤人。

2.9安装螺旋轮时，要戴手套，拿螺旋轮的端面内孔，不准拿螺旋轮的外面。

2.10无心磨刀板的刃部要磨钝，以防割破手。

2.11不得将超过规格的大料加入。发现大料时要立即取出，防止发生事故。

（2）平面磨床安全检查表

1.设备检查

1.1电磁吸盘的联锁装置必须灵敏、可靠，在开动各电动机之前，必须先把电磁吸盘的开关扳至“吸”的位置上。

1.2操纵手柄、手轮应零件齐全、装配牢固、灵活好用。变速、换向机构应有明显的档位标志牌及定位装置。

1.3冷却系统应工作正常，不得有渗漏现象。工作台上应安设防护挡板，以防冷却液飞溅。

1.4应有完好的纵向、横向行程限位装置。限位挡块所有螺钉、螺孔不得有滑丝、乱扣现象。

1.5工作台四周的挡板必须安装牢固，不得任意拆卸，以防砂轮破碎或冷却液飞溅造成伤害。

1.6砂轮防护罩应将砂轮卡盘和砂轮主轴端部罩住。砂轮在工作中一旦被破坏时，能有效地防止砂轮碎片飞出，以保护操作者的安全。

1.7应设置木质脚踏板

2.行为检查

2.1装卸工件时，要把砂轮升到一定位置方能进行。

2.2磨削前，把工件放到磁盘上，使其垫放平稳。通电后，检查工件被吸牢后才能进行磨削。

2.3一次磨多件时，加工件要靠紧垫好，并置于磨削范围之内，以防加工件倾斜飞出或挤碎砂轮。

2.4进刀时，不准将砂轮一下就接触工作，要留有空隙，缓慢进给。

2.5自动往复的平面磨床，根据工件的磨削长度调正好限位档铁，并把档铁螺丝拧紧。

2.6清理磨下的碎屑时，要用专用工具。

2.7立轴平磨磨削前应将防护挡板挡好。

2.8磨削过程中禁止用手摸试工件的加工面。

（3）螺纹磨床安全检查表

1.设备检查

1.1设备应安装在专用的房间内，室内应有恒温装置，将室温保持在20±1℃。

1.2所有操作手柄必须定位准确、使用方便可靠，各零件齐全、完整。

1.3应装有开启灵活、安放可靠的防护挡板，以防冷却油飞溅及油雾污染。

1.4螺距调整装置应零件齐全、完好、并保证齿轮在运转过程中不松动。

1.5砂轮主轴螺纹的旋向必须与砂轮工作时的旋转方向相反。

1.6床头箱防护罩、螺距调整齿轮防护罩、床尾及其它部位的防护罩应符合安全要求。

1.7必须有行程限位装置，其挡块的所有螺孔及螺钉不得有滑丝、乱扣现象。

1.8砂轮防护罩应符合安全要求。

1.9机床周围表面如无木质地板，则应设置木质脚踏板。

2.行为检查

2.1开车前将挡板挡好，调整好行程限位器，确实无误方可操作。

2.2工件必须夹牢，顶针顶好、紧固方可开车。

2.3加油、变换齿轮，必须停车。

2.4电气系统要保持完好、干燥、防止冷却液溅到电器上发生触电事故。

2.5必须对机床上的安全装置及防护罩加以爱护，不得拆卸。

2.6机床运转中，不得进行测量工件或将手伸入机床各部位，以免发生意外。

2.7工作时，必须开动吸尘器，以免对人体和机床造成损害。

2.8应缓慢进刀，防止砂轮破裂。

3.作业环境

3.1房间周围不得有震源和热源。机床周围还应有防震层。

3.2室内应保持清洁，地面不得有油污和积水。

（4）光学曲线磨床安全检查表

1.设备检查

1.1设备应装在专门的暗室里，室内应有恒温装置，并保持20±1℃。

1.2所有操纵手柄、手轮必须灵活、好用。各零件应齐全完整，装配牢固。

1.3砂轮主轴螺纹的旋向必须与砂轮工作时的旋转方向相反。

1.4皮带防护罩应齐全完好。

1.5砂轮防护罩应符合安全要求。

1.6机床周围若无木质地板，则应设置木质脚踏板。

2.行为检查

2.1工作前应开空车检查机床运转是否正常。

2.2调换新砂轮后，首先应用木槌轻敲检查是否破裂。装夹砂轮时应加软垫压紧，装好后需开空车试转检查砂轮有无破裂。

2.3安装工件应牢固，安装时应将床面移至安全位置，并将光学镜头部分遮好。

2.4开始工作时进刀量不宜过大，防止砂轮破碎伤人。

2.5加工完毕，应立即将光学镜头遮好。镜头玻璃面上有灰尘或油污，需用软绒布揩试，在揩试前应用高级汽油清洁。

2.6应先起动吸尘器，运行正常后，再起动机床。工作完毕后，应先切断机床电源，再切断吸

尘器电源。

3.作业环境

暗室内应保持清洁、空气新鲜、地面不得有油污和积水。

4.个人防护

操作者应戴防护眼镜和口罩。

金属切削钻斜孔加工的夹具设计 篇6

关键词：金属加工夹具；斜孔加工；加工夹具设计

中图分类号：TG75 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0018-03

在工件加工中必不可少的一项工艺设备就是加工夹具，加工夹具的设计质量会影响到工件加工质量、经济效益、可靠性、使用性等，为了保证工件的加工质量，就要对加工夹具的设计进行严格的控制，本文针对金属切削钻斜孔加工的夹具设计相关的内容进行研究分析。

1 金属加工夹具概述

在机械加工中有很多夹具，这些加工夹具的使用范围繁多，例如焊接夹具、装备夹具、检验夹具等，在机械工件加工过程中，为了保证加工工件的精度以及工件在机床、刀具等上面有准确的位置，并且可以快速地进行加工，使工件加工的质量和可靠性得到提升，接受或者进行工件加工的夹具，就是机械加工夹具。

工件加工夹具的主要作用就是对加工工件进行定位、加紧、加工，其中对工件进行定位，是保证工件在夹具上有正确的加工位置，可以保证工件加工达到各项工序所规定的技术要求。在将工件在夹具上定位以后，要通过加紧装置，向工件施加力，将工件在夹具上进行固定，保证工件在加工过程中在夹具上的位置不变。在工件的定位、加紧、加工整个过程中都包含工件的安装，所以在安装过程中要保证工件在夹具上正确的加工位置。夹具可以轻松地将加工工件进行固定，并保证加工精度，将工件加工的速度进行提升，降低工件加工的成本，将工人的劳动条件进行改善。

夹具分为不同的种类，有通用性也有专用性。通用性夹具可以根据加工工件进行调整和更换，适应加工工件。专用性夹具是针对某一种工件的加工要求而专门设计的

夹具。

2 当前切削钻斜孔加工出现的问题

在机械加工中加工夹具起着重要的作用，在机械加工处理中占有重要的地位。我们从加工夹具中的金属切削钻斜孔加工的夹具设计进行研究分析。斜孔有两种情况：第一种是在斜面上进行钻孔，第二种是在平面上钻斜孔。这两种平面斜孔的孔中心和钻孔面不垂直，在没有一定的保证下，斜面钻孔就会有很大的困难。当前在斜孔加工中存在的主要问题有：（1）钻头在接触工件时是单面受力，在钻头切削刃上的力会将钻头推向一边，导致钻头偏斜、滑动等，进而无法进入到工件中。（2）钻孔的位置很容易和工件钻孔要求的位置发生偏离，工件上钻出的孔达不到规定的要求。（3）孔口会被挂烂，将孔端面的平整度进行破坏。（4）在钻孔的过程中钻头很容易发生崩刃、折断等情况。

钻斜孔经常采用的方法有三种：第一，将钻头的回转中心和工件钻孔中心进行校正。第二，在保证工件位置不变的条件下，使用校冲法在钻孔中心再打出一个较大的中心眼。第三，在钻孔位置上錾子錾出一个定心窝（保证钻头在进行钻孔时，切削刃不会受到斜面的影响发生偏移），然后再进行钻孔。但是这几种方法在工件加工中严重地影响工件批量加工生产，而且加工的工件一致性较差。为了保证加工工件的可靠性，需要在机床上合理地进行加工夹具的设计，将工件的加工生产方式进行改变，提高工件加工效率以及工件的加工质量。

切削加工夹具设计中遇到的问题主要体现在加工夹具工艺的设计过程中，加工夹具的设计制造是金属零件加工质量的前提保证，将加工夹具设计中出现的问题找出，并将其解决是保证金属零件加工质量的前提条件。在切削加工夹具设计中需要从加工方法的选择、进给阶段的划分、加工工序的安排以及加工工序的组合等方面进行考虑。

金属切削加工夹具的设计，需要遵守一定的加工原则，只有在一定的原则基础上金属切削加工夹具的设计才可以保证其加工质量和加工效果。金属切削加工夹具设计方法选择是其设计的初级阶段，所以需要在一定的加工设计原则上进行。金属切削加工夹具的加工方法，需要和实际情况进行结合，要充分地考虑到资源的最大化利用，金属加工夹具的设计需要符合节能减排的理念，并且保证金属加工夹具的设计质量和精度。金属切削加工夹具的设计需要根据其加工工件的需求，以零件材料的选择以及金属切削加工夹具的相适应性为其设计的基础标准，保证在机械加工中，充分地发挥加工夹具的功能。

3 金属斜孔加工夹具的设计

斜孔加工夹具分为两种：一种是斜面上钻孔夹具，另一种是平面上钻斜孔夹具。

3.1 斜面上钻孔夹具设计

3.1.1 常规斜面斜孔加工夹具设计：我们以图1零件为例，设计斜面加工夹具。

图1 零件图例

首先对该零件进行分析，将零件的斜角大小进行确定，其斜面上有5个孔径一样的孔，孔的中心线和斜面垂直。原加工方式：采用钻床夹具，在分度头上安装适量的夹头，将工件加紧，每加紧一个产品钻一个孔后，需要将分度头进行旋转，然后再进行下一个孔的加工，一次钻孔没有办法达到要求，需要在钻孔完成后，再进行铰孔，才可以完成钻孔要求。

根据零件的加工中心特点，设计多工位夹具，可以可一次性地安装多个零件（例如8个），在同一位置的钻孔完成以后，再进行下一个位置孔的加工，这样可以满足工件批量加工的要求以及工件加工的一致性。

其次是零件的安全和定位，根据该零件的特点，进行单个零件的安装可以采用筒夹装夹，进而实现零件的批量生产，筒夹可以和旋转轴一起进行旋转运动，满足对每个孔径的要求。其中零件是安装在轴套中的，使用筒夹将其加紧，将零件和轴套安装完成后，再安装在底板上，并且保证底板上安装的有耐磨轴套使其和旋转轴进行配合，旋转定位盘一同进行旋转，通过定位销和定位盘孔之间的联接，进而实现对不同位置的孔的加工要求。

最后是加工夹具的总体设计。加工夹具的底板上安装8个装夹，所以可以安装8个零件，进而实现零件的批量加工，零件通过筒夹装夹安装在轴套中，可以保证零件的稳定，将安装完成的轴套零件组合，安装到底板上。

进行零件加工时，将底板和底座之间的夹角进行调整，使其满足零件的夹角大小。底板和底座之间的夹角大小，可以通过插销进行调整，满足不同零件的要求。零件加工的位置要和工作台保证平行，然后对零件上相同位置的孔进行加工，在进行下一个孔加工时，将凸轮旋转松开，进行旋转轴的转动调整，使零件转动到下一个孔的加工位置，然后将凸轮固定加紧，进行该旋转位置上的孔

加工。

3.1.2 复杂斜面斜孔加工夹具设计：

根据该复杂零件进行加工夹具设计：设计原理，零件A基准面和斜面斜孔精加工时，因为其某些特征的空间尺寸无法直接进行测量，在零件加工的过程中无法确定是否满足其设计要求，为了将这个问题解决，根据零件的特殊性质设计一种复杂零件专用加工夹具。

加工夹具定位精度的高低直接影响着零件的加工质量，又因为复杂零件的特殊结构特性，对加工夹具的定位误差进行分析非常有必要，一般零件的误差是由加工夹具的精度、安装误差以及定位误差三部分组成，这三部分对零件的定位误差产生的影响是等同的。复杂零件的定位误差主要由定位基准和基准设计的的重合程度以及工件定位面和定位基准面之间的误差这两方面决定，因为各项误差的产生，所以加工夹具的设计精度、加工精度都必须有严格的要求。

加工夹具的设计精度影响复杂零件的加工精度，零件的材料也会对其制造精度产生一定的影响，为了保证加工夹具的设计要求和制作精度，所以需要选用耐磨性、淬透性相对较高的金属材料。金属加工夹具的制作过程为下

料→铣六面→粗磨→CNC加工沉头螺纹孔→热处理→精磨→加工夹具外轮廓等。

专业加工夹具的使用，在其进行加工使用过程中使用到的四轴卧式加工中心，可以在水平方向上围绕工作台进行Y轴旋转。在进行精加工复杂零件A基准面和斜面斜孔时，将零件的B基准面在加工夹具上进行定位，零件的放置，使用5个压板将复杂工件加紧，进而完成复杂工件在加工夹具中的装夹。

在进行零件加工过程中加工夹具工作台发出工作指令，进行不同角度的旋转对复杂零件上的孔进行加工，在对复杂零件上的孔进行加工的过程中要注意，控制零件的表面粗糙度和零件定位差。在进行斜孔加工时，要注意斜孔孔径的大小以及斜孔表面的粗糙度。

3.2 平面上钻斜孔夹具设计

在平面上钻斜孔可以分为两种情况：一种是将孔沿着基准面进行倾斜，加工方式和上述加工方式相同；另一种是使孔的倾斜中心线和基准面之间保持一定的角度，这种钻孔的难度非常大，需要使用夹具来作为基础保证。

夹具在安装时，平面需要保持水平，这样工件只需要向一个方向进行转动就可以安全地进入到夹具中，在工件安装完成后通气，夹具的气缸活塞杆需要向后进行收缩，将定位板进行旋转，旋转到固定的角度后，如果气缸中还存在收缩余量，就将定位板进行施力加紧，然后进行工件的加工。工件完成加工以后，使气缸伸出，将安装板顶平，将完成加工后的工件吊出。

工件在安装的过程中，需要对孔和垂直方向的夹角进行限定，安装完成之后，保证角度面和工件定位板的旋转方向一致。在工件加工时，工件定位板在气缸的作用下，会向下旋转45°，使加工工件的孔和加工夹具的主轴呈现平行的状态，然后进行工件的加工。

通过使用夹具保证工件的加工精度以及批量生产的要求，使得工件加工成为一件简单、直接的工作，将工件加工的安全性提升，保证了工件的加工质量。

不同的金属加工夹具有不同的设计要求，根据加工工件的需求进行加工夹具的设计，并保证加工夹具设计的合理性以及准确性，有一定程度上的精度要求，可以实现不同工件的加工精度要求、工件的批量加工以及工件加工的一致性。当前我国加工夹具设计中存在一些问题，这些问题不仅影响到加工夹具的设计和制造，同时对要加工的零件精度、尺寸等也会产生不同的作用，影响加工零件的加工质量，当前针对不同的零件有不同的加工夹具，为了保证加工零件的加工精度和加工质量，需要在加工夹具的设计过程中遵守加工夹具设计原则，并和加工零件的需求进行结合，将设计、加工中出现的较大偏差、误差等进行减小，实现加工零件的精加工。

4 结语

在我们生活中会遇到各种各样的机械，机械是由不同的机械零件组成的，机械零件的精度决定机械的使用安全性，而零件的精度是由其加工夹具决定的。金属加工夹具的设计，影响零件的加工精度和加工质量，为了保证零件的加工精度和加工质量，需要对其加工夹具进行合理的设计，使其可以保证零件的加工精度以及实现零件的批量加工生产。

参考文献

[1] 张雎军.斜孔加工的夹具设计[J].金属加工（冷加

工），2013，（3）：45-46.

[2] 曹勇，田海文，潘宝山.外气膜钻孔夹具的设计[J].

中国新技术新产品，2009，（23）：38-39.

[3] 梁伟文.复杂零件斜面斜孔加工的夹具设计[J].中国

制造业信息化，2012，（12）：92-93.

[4] 陈林平.车床切削加工夹具设计存在问题及其解决方

法[J].华章，2012，（8）：30-31.

[5] 梁伟文.复杂零件斜面斜孔加工的夹具设计[J].中国

制造业信息化，2012，（12）：81-82.

金属切削技术 篇7

金属切削加工是指利用金属切削刀具从毛坯或半成品上切去多余的材料, 从而获得符合预定技术要求的零件或半成品的一种加工技术。计算机技术的发展推动了金属切削加工模拟技术的进步, 有限元法应用于加工过程的模拟, 具有动态性、高度非线性等特点。仿真结果能够达到所需的精度, 可靠性高, 还能得出许多在试验中很难测量的数据。本文利用ANSYS/LS-DYAN软件建立金属的正交切削有限元模型, 对WC硬质合金刀具切削45#钢的过程进行分析。

1 有限元模型

1.1 建立几何模型

在ANSYS/LS-DYNA中有Lagrange、Euler和ALE 3种算法, 本文采用Lagrange法。采用这种方法时, 物体结构形状的变化和单元网格的变化是完全一致的, 材料不会在单元与单元之间发生流动。

在ANSYS的前处理器中建立二维模型, 刀具的几何参数为:前角 =12°, 后角 =15°, 工件取长15mm, 高7mm的矩形。定义有限单元类型为PLANE162。

1.2 建立材料模型

在金属切削过程中, 材料的行为是非线性的, 工件模型采用Johnson-Cook模型, 刀具可看成线性弹性模型。刀具材料为WC硬质合金, 密度为15700kg/m3, 弹性模量为652GPa, 泊松比为0.22;工件材料为45钢, 材料参数如表1。

Johnson-Cook模型如下:

undefined

其中:A为材料在准静态下的屈服强度、B为应变硬化系数、undefinedP为等效塑性应变常数、n为应变硬化指数、C为应变率敏感系数、m为应变率灵敏指数、Tm为材料融点、Tr为室温。

1.3 网格划分

网格划分是有限元模拟的基础, 它关系到有限元计算的速度和精度, 以至计算的成败。将工件进行切分, 分为上下两部分, 上半部分高3mm, 为切削区。切削区网格进行细分, 得到工件的网格数为6000, 刀具网格数为400。工件底部约束X和Y方向的自由度, 左侧约束X方向的自由度;刀具顶端约束Y方向的自由度。如图1所示。

1.4 接触和加载

对所有实体创建PART, 定义接触条件, 采用单面接触方式 (ASS2D) 。单面接触不需要定义接触面与目标面, 在预先不知道接触情况时, 单面接触非常有效。由于刀具以恒定的速度水平向左运动, 在刀具的顶端施加X方向的位移载荷。考虑温度对切削的影响, 设置室温为23℃。

2 求解和结果分析

设置计算时间, 控制时间步, 并对文件的输出形式进行控制。输出K文件, 并对K文件进行修改, 用LS-DYNA求解器求解。

2.1 等效应力云图

切削速度为1m/s, 厚度为1mm, 刀具前角12°, 如图2所示。可以看出切削过程分为3个阶段:①塑性变形阶段:刀尖和工件接触并挤压工件, 使切削层发生塑性变形;②剪切滑移阶段:切削层受到刀具的挤压进一步加剧, 当工件材料单元达到失效准则时, 该单元从网格中删除, 切削层和工件发生分离, 材料沿切削刃向上滑移;③切屑形成阶段:滑移出的材料不断流出, 并在刀具的挤压下产生塑性变形形成切屑。

图3为切削区域的最大等效应力随时间变化曲线图, 从图中可知当刀尖接触工件时等效应力急剧增大, 直至达到工件材料的屈服应力, 使材料破坏, 切屑和工件分离, 切削稳定进行, 最大等效应力在一定的范围内波动。

2.2 切削速度对切削力的影响

如图4所示, 对不同切削速度下的仿真过程进行比较, 切削厚度为1mm, 刀具前角为12°。从图中可以看出随着切削速度的增大, 最大切削力增大;当切削速度达到1.5m/s时, 切削力呈下降趋势, 切削进入高速切削范围。在低速阶段, 随着切削速度的增大, 切屑接触面积增加, 同时摩擦力增加, 因此切削力增大;在高速范围内, 由于应变硬化还来不及发生导致切削力减小。

2.3 切削厚度对切削力的影响

如图5所示, 对不同切削厚度下的切削力进行比较。切削速度为1m/s, 刀具前角为12°。很明显可以看出, 随着切削厚度的增加, 最大切削力增大。这是由于切削厚度的增大, 刀屑接触面积增加。

2.4 刀具前角对切削力的影响

从图中6可以看出, 随着刀具前角的增大, 最大切削力减小。这是由于刀具前角的增大提高了刀刃的锋利程度, 减轻了单位切削刃上的负载, 剪切前角也随之增大, 金属塑性变形减小, 因此切削力降低。

3 结束语

本文对WC硬质合金刀具切削45#钢的过程进行了研究, 建立了二维的切削力有限元模型, 并对其中的关键技术进行了探讨。可以直观地看出切削各个阶段的应力和塑性变形, 刀具的挤压导致了切屑与工件的分离, 切削发生了大应变并有断屑现象。切削速度、切削厚度和刀具前角对切削力有显著影响, 其关系曲线可以为确定理想的切削参数提供参考。

摘要：运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对WC硬质合金刀具切削45#钢的过程进行有限元仿真。分析了建立有限元模型时的关键技术, 研究了切削的应力变化过程, 并对切削速度、切削厚度和刀具前角对切削力的影响进行了分析, 可为金属切削技术的研究提供参考。

关键词：金属切削,应力,切削力

参考文献

[1]王丽平, 王秀.金属切削加工过程的有限元模拟[J].工具技术, 2009 (43) .

[2]宿崇, 侯俊铭.基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析[J].东北大学学报, 2008 (9) .

[3]丁振明, 彭通安.金属切削原理与刀具[M].北京:国防工业出版社, 1985.

浅论金属切削加工切削液 篇8

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。

金属切削切屑形成机理的研究 篇9

金属切削的过程是由于刀具的前后刀面对切削层的挤压、摩擦, 使得切削层金属发生剪切滑移和摩擦变形, 最终形成切屑的过程。采用解析法对金属切削机理的定量分析还存在一定的困难[1]。

本文以碳钢为主要研究对象, 通过有限元法对金属切削过程建立了正交切削的热力耦合模型, 对金属切削加工切屑形成的机理进行了有限元分析[2]。

1 二维正交切削有限元模型的建立

图1 给出的是简单二维金属切削模型。刀具的前角为18°, 刀具的后角为7°, 切削刃钝圆半径为0.03 mm。工件的材质为45 钢, 对应MARC材料库中的C45。工件的尺寸为1.4 mm×0.7 mm, 切削速度为2 250 mm/s, 切削深度为0.14 mm。

为简化模型, 采用刀具为刚形体、工件为变形体进行模拟, 工件的下表面施加固定全约束, 左边端面施加X方向的位移约束, 采用位移收敛准则, 收敛精度取为0.1%。

2 计算结果与分析

2.1 切屑温度场

金属切削过程中工件温度场分布如图2 所示, 可以看出, 位于前刀面与切屑接触处的第二剪切滑动区内, 存在较高的温度, 这正好吻合了文献4 的结果, 且最高切削温度达到302.7 ℃, 而工件内部和刀尖附近的温度较低, 大概为200 ℃。在第一变形区, 切削温度呈现带状分布的规律, 这是由于切屑的剪切变形。温度主要来源于工件的塑性变形、刀具与切屑以及刀具与已加工表面的摩擦[3]。

2.2 切屑应力场

工件的切削区的等效应力分布如图3 所示, 可最大等效应力, 最大等效应力达到1 069 MPa, 并且向右应力值逐渐减小, 这说明塑性流动在切屑起始弯曲部分的值最大, 且向两边逐渐减小。且切削后的已加工表面上还存在较大的残余应力。此图也很好地体现了切屑和工件的塑性流动行为。

图4 为金属稳定切削阶段的切削应力分布图, 从图中可以看出, 刀具前方的工件和切屑的主应力为压应力, 与刀具后刀面接触的部位存在较大的拉应力, 最大应力为2 352 MPa。工件的塑性变形主要发生在第二和第三变形区, 而第一变形区的塑性应变最小。

工件稳定切削阶段的剪应力分布如图5 所示, 可知:剪切应力最大绝对值产生于主剪切变形区 (第一变形区) 且靠近刀尖位置, 由于断裂面总是沿最大剪切应力轨迹方向, 预示该处可能产生裂纹。这也正好吻合了第一变形区内的金属的剪切滑移现象。

2.3 切削力分析

金属切削过程的切削力- 时间曲线分布规律如图6 所示, 可以看出, 当刀具开始接触到工件后, 刀具的切削力开始急剧增大, 并迅速接近于稳定的状态, 且最大的切削力达到214.6 N。

在切削过程中, 由于金属切屑不断从工件上分离, 切削力达到最大值后, 出现一定程度的上下跳动[4]。

在切削过程中, 随着刀具的前进, 切削力不断增大, 当刀尖前面的节点满足几何分离标准时, 刀尖前临近的节点开始发生分离, 同时网格开始重新划分, 切削力突然开始降低。在切削的稳定阶段, 随着刀具向前移动, 切削力又开始增加, 并在某一平衡位置附近上下波动。在切屑将要从工件上分离时, 切削力急剧降低, 从而形成了如图6 所示的波动曲线。

2.4 残余应力分析

完整切削过程的残余应力变化曲线如下页图7所示, 从图中曲线可以看出, 工件表层产生了拉伸残余应力, 这是因为残余应力主要是由金属的塑性变形引起的, 当刀具切削工件时, 表层金属被拉伸而变形, 因此工件表层主要是残余拉应力, 如图7- 1 所示。当刀具切削完工件后, 拉伸的弹性变形将逐步恢复, 拉伸的塑性变形则不能恢复, 表层金属的拉伸塑性变形, 受到与它相连的里层未发生塑性变形金属的牵制, 所以切削完成后, 工件的表层是残余拉应力, 里层是残余压应力, 如图7- 2 所示。

3结语

1) 通过对金属切削切屑形成过程的有限元分析, 获得了切屑形成过程的温度场和应力场的分布规律。

2) 本文采用MSC.MARC软件的网格重画分功能与几何分离准则理论, 很好地解释了金属切屑形成的机理, 第一变形区产生的剪应力是裂纹生成与扩展的主要原因。

摘要：应用MARC有限元软件并采用二维热力耦合的弹塑性大变形与接触非线性有限元法, 真实模拟了金属切削切屑形成的过程, 数值计算结果给出了工件三个变形区在不同的切削阶段的温度场、应力场与应变场分布。根据稳定切削阶段的应力场得出了刀具切削力与工件切削后的残余应力分布。研究成果可以为金属切削提供理论依据和技术支持。

关键词：切削,形成机理,热力耦合,弹塑性大变形,接触非线性

参考文献

[1]唐志涛, 刘战强, 艾兴, 等.金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究[J].中国机械工程, 2007, 18 (6) :746-752.

[2]陈建岭, 李建峰, 孙杰, 等.钛合金高速切削切屑形成机理的有限元分析[J].组合机床与自动化加工技术, 2007 (1) :25-31.

[3]方刚, 曾攀.切削加工过程数值模拟的研究进展[J].力学进展, 2001, 31 (3) :394-404.

论金属切削过程及其物理现象 篇10

1 切削过程及切削种类

1.1 金属的切削过程与切削变形区

金属的切削过程也是切屑形成的过程, 图1-1是当切削塑性金属时, 当工件受到刀具的挤压以后, 切削层金属在始滑移面AO以左发生弹性变形, 愈靠近OA面, 弹性变形愈大, 在OA面上, 应力达到材料的屈服强度σS, 则发生塑性变形, 产生滑移现象。随着刀具的连续移动, 应力和变形也逐渐加大, 在终滑移面OE上, 应力和变形达到最大值, 越过OE面, 切削层金属将脱离工件母材, 沿着前刀面流出而形成切屑。

1.2 切削塑性金属材料

切削塑性金属材料时, 在刀具与工件接触区域产生的三个变形区, 如图1-2所示。OA与OE之间是切前层的塑性变形区, 称为第一变形区, 第一变形区的变形量最大, 切屑与前刀面磨擦的区域Ⅱ称为第二变形区, 切屑形成后与前刀面之间存在很大的压力, 沿前刀面流出时必然有很大的磨擦, 因而使切削底层又一次产生塑性变形, 工件已加工表面与后刀面接触的区域Ⅲ称为第三变形区, 第三变形区是已加工表面产生加工硬化和残余应力的主要原因。

2 切屑的种类

工件材料的不同或采用不同的措施, 会产生不同类型的切屑, 并对切削加工产生不同的影响。

2.1 带状切屑

使用较大前角的刀具并选用较高切速、较小的进给量和切深切削硬度较低的塑性材料时, 从而形成连绵不断的带状切屑如[图a]示。带状切屑的顶面呈毛茸状、底面光滑。形成带状切屑的切削比较平稳, 切削力也较小, 加工的表面较光洁。但它会缭绕在刀具工件上, 损坏刀刃, 刮伤工件, 为此, 常在刀具前刀面上磨出各种不同形状和尺寸的卷屑槽或断屑槽, 以促使切屑成卷或折断。

2.2 节状切屑

一般用较低的切速粗加工中等硬度的塑性材料时, 容易得到这类切屑[图b], 材料已达到破裂程度, 被一层一层地挤裂而呈锯齿形, 这是最典型的切削过程, 由于变形较大, 切削力也较大, 且有波动, 工件表面较粗糙。

2.3 崩碎切屑

在切削铸铁和黄铜等脆性材料时, 切削层金属发生弹性变形以后, 形成不规则的碎块状屑片, 即为崩碎切屑[图c]。工件愈是硬碎, 愈容易产生这类切屑。产生崩碎切屑时, 切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近, 刀尖容易磨损, 并容易产生振动, 影响表面粗糙度。

在生产中, 常采取加大前角、提高切速或减小切削厚度可将节状切屑转变成带状切屑, 使加工的表面较为光洁, 以保证切削加工的顺利进行。

3 积屑瘤

在一定范围的切速下切削塑性金属时, 常发现在刀具前刀面靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属, 这就是切削过程所产生的积屑瘤, 或称刀瘤, 如下图左所示, 在右下角图示是实际积屑瘤的外观效果。

3.1 积屑瘤的形成

积屑瘤是由于切屑和前刀面剧烈的磨擦而形成的。当切屑沿前刀面流出时, 在一定的温度和高压的作用下, 切屑底层受到很大的摩擦阻力, 致使这一层金属的流动速度降低, 形成“滞流层”。当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑本身分子间的结合力时, 就有一部分金属粘结在刀刃附近形成积屑瘤。

3.2 积屑瘤对切削加工的影响

积屑瘤增大了刀具的前角, 使切屑变形和切削力减小。积屑瘤会在加工表面上留下不均匀的沟痕, 并有一些粘附在工件表面上, 影响尺寸精度和表面粗糙度。所以, 粗加工产生积屑瘤有一定好处, 但精加工时须避免积屑瘤的产生。

3.3 影响积屑瘤的因素

工件材料和切削速度是影响积屑瘤的主要因素。

塑性大的材料, 切削时的塑性变形较大, 容易产生积屑瘤。塑性小硬度较高的材料, 产生积屑瘤的可能性以及积屑瘤的高度相对较小。切削脆性材料一般没有塑性变形, 形成的崩碎切屑不流过前刀面, 因此一般无积屑瘤产生。

切削速度很低度 (v<5m/min) 时, 切屑流动较慢, 由于切削温度低, 因而不会出现积屑瘤;切速在5-50m/min范围内, 切屑底面的新鲜金属与前刀面间的磨擦系数较大, 同时切削温度升高, 因而容易产生积屑瘤。一般钢料在v≈20m/min、切削温度为300℃左右时, 磨擦系数最大, 积屑瘤的高度也最大。当切速很高 (v>100m/min) 时, 由于切削温度很高, 切屑底面呈微熔状态, 磨擦系数明显降低, 积屑瘤亦不会产生。

4 切削热

4.1 切削热的产生和传散

在切削过程中, 由于绝大部分的切削功都转变成热能, 切削热的传散方式是不一样的, 例如:不用冷却液, 以中速切削钢件时, 切削热的50%-86%由切削带走, 10-40%传入工件, 3-9%传入车刀, 52.5%传入钻头, 5%左右传入周围介质。

4.2 切削温度及其影响因素

切削温度的高低取决于切削热的产生和传散情况, 其主要影响因素是工件材料、切削用量、刀具角度和冷却条件。

4.2.1 工件材料的影响

工件材料强度、硬度愈高, 切削时消耗的功愈多, 切削温度也就愈高。材料的导热性好, 可以使切削温度降低。

4.2.2 切削用量的影响

增大切削量, 产生的切削热相应增多, 致使切削温度上升。切削速度大一倍时, 切削温度增加20-33%;进给量增大一倍时, 切削温度大约只升高10%, 切削深度增大一倍时, 切削温度大约只升高3%, 因此, 为了有效的控制温度, 选用大的切深和进给量比选用大的切速有利。

4.2.3 刀具角度影响

前角和主偏角对切削温度影响较大, 前角加大, 变形和摩擦减小, 因而切削热减少, 但前角不能过大, 否则刀头部分散热体积减小, 不利于切削温度的降低。主偏角减小将使刀刃工作长度增加, 散热条件改变, 因而使得切削温度降低。

4.2.4 切削热对切削加工的影响

切削热传入工件后, 会导致工件的膨胀或伸长, 引起工件变形, 影响加工精度, 特别是加工细长轴, 薄壁套以及精密零件。

4.3 切削液

要改善散热条件, 使用切削液除冷却外, 还可以起到润滑、清洗和防锈的作用, 一般常用的切削液包括:水溶液、乳化油、切割油。

5 刀具的磨损

在切削过程中, 刀刃的磨损到一定程度, 必须及时修磨, 否则会产生振动并使得零件表面质量下降。

5.1 刀具磨损形式

按照其发生的部位分三种形式:后刀面磨损、前刀面磨损、前刀面和后刀面同时磨损。具体外观见下图所示:

5.1.1 后刀面磨损

在切削脆性金属或以较低的切速和较小的切削厚度 (a<0.1mm) 切削塑性金属时, 前刀面上的压力和摩擦力不大, 温度较低, 磨损主要发生在后刀面上, 使得刀刃附近形成后角接近0度的小棱面。

5.1.2 前刀面磨损

在以较高的切速和较大的切削厚度, 切削塑性金属时, 前刀面上的压力很大, 会发生这种磨损。

5.1.3 前、后刀面同时磨损

发生的条件介于上述两种磨损之间, 以中等切削厚度 (a=0.1-0.5m m) 切削塑性金属时, 经常会发生这种磨损。

6 结语

经验表明, 在刀具正常磨损阶段的后期, 急剧磨损阶段前更换刀具或重磨为最好, 这样既可以保证加工质量, 也可以充分利用刀具材料, 对于制造和刃磨比较简单、成本不高的刀具, 耐用度可以定低些, 对制造和刃磨比较复杂, 成本较高的刀具, 耐用度可以定的高些, 总之影响刀具耐用度的因素很多, 为了保证各种刀具所规定的耐用度, 特别注意合理的选择切速。

参考文献

[1]濮良贵, 纪名刚主编.机械设计, 第七版.北京:高等教育出版社, 2001.

金属切削技术 篇11

一、突出教学内容的时代性与系统性

（一）教学内容的时代性

课程内容的选择应与本学科技术发展水平相适应，反映行业最新知识和发展方向。陈旧过时的内容应压缩或删除，增加新机构、新系统、新技术等内容。为此，教师必须精心设计教案，抓住重点，同时简化原有的教学内容。“机床概论”部分内容不能再局限于传统的通用机床，要重点补充数控技术、数控编程知识，加重“数控机床”这一章节的课时比例，并对柔性制造系统、计算机集成制造系统这些先进制造技术领域进行全面介绍，拓宽学生的专业知识面，开拓专业视野。当然，传统的通用机床应该弄清楚其用途、工作原理、运动及主要机构等，专用机床、组合机床要重点介绍机床设计与工艺方案的关系。

（二）教学内容的系统性

“机床”课程内容繁杂，各章节间相对独立，联系不紧密。名词、图表较多，信息量大，实践性强，内容欠缺系统性[3]。这就要求教师在组织教学活动时，对课程内容进行优化整合，不同种类的机床进行归纳总结，找出系统性、规律性的知识，利于学生掌握。例如，从单章内容的组成上来看，车床、铣床、磨床等章节论述的内容和方法大体一致，基本上是机床功用、种类、组成、传动系统和典型结构这一固定顺序。在课程安排时，可使看似不相关的机床，在讲述方法、步骤上得到统一，加强课程的整体性和系统性。如教学时可重点详细介绍车床的上述内容，对于结构简单的磨床可组织学生按车床的步骤自学，找出两种机床不同机构和传动原理，既可节省课时，掌握课程知识，又可培养学生综合分析问题的能力。

二、倡导启发式与讨论式教学

过去教学时对“教”强调得太多，而忽视“学”的效果。教师上课采用“填鸭式”教法满堂灌，而学生也习惯于教师讲，学生听的单调模式。这种教学方法限制了学生主动思维，也增加了学习惰性和依赖心理，使学生在整个教学活动中处于被动接受地位[4]。

（一）采用启发式教学

在教学过程中，要注意使用启发式教学，逐步培养和提高学生的思维能力。启发式教学中，学生是学习的主体，教师要发挥引导作用。例如在讲滚齿机加工斜齿圆柱齿轮，确定滚刀架和工件转动的计算位移时，教师可引导性地提出问题：“加工斜齿轮的齿线与车床上车螺纹相类似，工件转一转时，刀具必须沿工件轴向移动多大距离呢？”学生联想车床车螺纹的情形，问题迎刃而解。

（二）注重讨论式教学

讨论式教学即讲完某一章节后，安排一次讨论课，教师课堂提出问题，引导、鼓励学生积极思考、讨论，主动回答。改教师的单向传授为师生、生生间双向互动。一个学生阐述完毕后，其他有不同意见的同学可以各抒己见，鼓励争论，不求答案唯一，最后由教师做出归纳总结。学生也可以对上课中不理解、不明白的问题向教师提问，教师做启发式的提示，学生回答，实现教与学的互动。例如，讲完“车床”这一章后，讨论“CA6140型车床加工外圆时出现一头粗、一头细的现象，是什么原因造成的？怎样解决？”这样的问题能使书本内容与生产实践结合起来，使学生分析问题、解决问题的能力得到提高和锻炼。引导学生去探索知识，在学习中学会发现和创新。

三、运用多样化的教学手段

“机床”课程的特点是图多，介绍机床的传动系统时，常产生教师对着挂图讲，而学生低头从书本图上找的不协调现象，影响授课进度，增加了理解难度。教学手段除课堂讲述外，还可采取多种形式。

（一）采用现代化教学手段

“机床”课中一些复杂机构的工作原理，仅凭教师在平面图上口头讲解，即使讲多遍，学生可能还是不能真正弄懂。如学习车床溜板箱中开合螺母和纵横向机动进给互锁机构的工作原理时，光凭借挂图来讲，平面图上讲立体结构，学生一头雾水。可将之做成三维动画，借助直观、形象的图形与动画进行讲解，将生涩的内容直观而形象地展示出来，教师讲解省力，学生学习容易。现代化教学手段，如多媒体课件、网络教学平台和教学录像等，能最大限度地增加教学信息量和提高教学效果，同时激发学生的学习兴趣和求知欲，活跃课堂气氛。

（二）运用现场教学方式

要充分利用先进的教学设备，采取现场教学的方式。可把某些理论教学内容搬到试验、实习现场进行直观教学，对着机床实体讲解，将教材内容与生产实际挂钩，收到事半功倍的效果。如CA6140型车床主轴箱的结构及操纵机构的工作原理比较复杂，仅凭挂图课堂讲解学生不易明白。利用透明机床现场讲解就容易多了。再结合主轴箱的拆床实验，机构原理更加清晰，还可提高学生的学习兴趣和动手实践能力，收到很好的教学效果。

四、教学实践环节强化实用性与创新性

（一）实验项目的实用性

实验教学是对理论教学的补充和延续，其目的不仅限于理论联系实际，更重要的任务在于培养学生动手、动脑能力，培养他们观察、发现、分析并解决实际问题的能力。因此要改革传统的实验教学内容和方式，尽量模拟生产中的方式，增加实用性的实验内容，重点突出实验基本技能的操作和训练。例如，利用废旧的机床增加了机床主轴箱的拆装实验，拆下各传动轴、齿轮后，用游标卡尺测量其尺寸，然后绘制结构草图。不仅培养了学生拆装、测量、绘图等技能，还学会正确使用各种工具。做完实验后，学生基本掌握了机械零件的拆装方法，动手能力上了一个台阶，并与生产实际接轨，益处多多。

（二）课程设计环节的创新性

“机床”课程设计是学生在学完若干专业基础课的基础上，对机床理论知识的综合运用，是“机械零件”课程设计的延伸和深入，也是毕业设计的一次预演，具有重要的意义[5]。要培养学生的独立设计能力，不应再局限于几十年不变的通用机床主传动设计，几十年来积累的资料越多，学生“参考”的也越多，就越少动脑筋，越少创新。所以应在开始讲“机床”设计部分内容时就下发课程设计任务书，题目多样化，两人一组，设计机床结构、参数不同，发挥学生主观能动性，使其在学习过程中就经常考虑设计方案，自查资料、手册，目的是培养学生的创新能力，给有独创方案的同学加分。

另外，原有的传统设计方法已不适应时代要求，因此在课程设计中引入计算机辅助设计方法，应用虚拟设计软件进行机床的三维实体设计。如采用Solidwork、Pro/E、UG等软件进行零部件造型及智能装配，设计的结构一目了然，还可添加驱动进行仿真，查看运动有无干涉，满足设计要求后再生成二维图纸。这种计算机辅助设计方法更贴近于现代企业生产实际情况，为学生走上工作岗位打下技术基础。

五、注重考核方法的多样化

考核方法上不拘泥于传统的闭卷考核方式，变单一的理论测试为学生主体的能力测试，充分发挥学生的优势和潜能。要采用多种途径的考核方式，课堂口试、实验室实际操作、笔试等相结合，将考核贯穿在课程的全过程，使学生认识到知识必须活学活用，平时不听课，考前搞突击的做法是行不通的。此外，通过多个途径的考核，也可多方面考查学生的能力，避免“一卷定乾坤”的弊端。

课程设计也是重点考核环节，采用指导教师审图，专家答辩的形式，严格把关。重点考核其综合设计能力，分析问题、解决问题的能力，有无独到的见解。这也为毕业设计奠定了基础。

“机床”课是实践性较强的专业课程，教学过程不仅要讲授理论知识，还要联系实际，通过各种途径、手段、方法加强对学生综合能力的培养，提高教学质量。实践表明，通过上述一系列改革，“机床”课程的理论和实践教学均取得了理想的教学效果，学生不仅成绩明显提高，而且实践动手能力、创新应用能力显著增强。近3年毕业生回访调查显示，“机床”课程的学习，让学生掌握了大量机械装备的组成、维修、设计方面的专业知识，有效缩短了学生适应工作岗位的时间，受到了用人单位的肯定。

参考文献

[1]黄开榜,张庆春,那海涛.金属切削机床[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006:1.

[2]戴曙.金属切削机床[M].北京:机械工业出版社,2005:1-2.

[3]夏广岚,于峰,姜永成.金属切削机床课在机制专业卓越工程师班教学中的改革[J].教书育人:高教论坛,2014,(10).

[4]朱林,尹成龙,孔晓玲.《金属切削机床概论》课程中的案例教学研究[J].大学教育,2013,(19).