高速干切削（精选7篇）
高速干切削 篇1
0 引言
绿色切削也称为干切削, 目前已成为机械加工领域的一个重要发展方向。工业发达国家从20世纪90年代中期起, 就把研究和开发的重点由高速切削转向了干加工, 通常干加工都采用高速干切削。目前, 国内外在干切削领域的研究主要集中在干加工刀具的材料、涂层、几何参数、夹头, 以及机床等方面。美国的Oklahoma州立大学采用纳米复合涂层刀具进行了切削研究[1], 日本Hiroshima大学采用新式组配涂层刀具进行了干切削研究[2], LeBlong Makino公司采用了红月牙 (red crescent) 干式切削技术, 利用材料的热软化来提高材料的去除率[3]。
在高速干切削中, 采用很高的主轴转速、刀具进给速度且不使用切削液, 这使得加工过程变得更加复杂和充满变数, 刀具的磨损、崩刃、温度过高等危险性显著增大。而目前, 在干切削领域中, 对其加工过程的状态监测与分析重视不够。
本文建立一套基于虚拟仪器的信号采集系统, 用振动传感器、声发射传感器和温度传感器采集铝合金高速干铣削加工试验过程中的信号, 用小波变换和小波包变换等方法进行信号处理, 提取能够反映加工过程特征的规律。
1 基于虚拟仪器的过程监测软硬件系统
信号采集系统利用通用计算机接口板卡、红外测温仪、声发射传感器以及加速度计采集数据;在LabVIEW平台上设计前面板、框图程序、图标/接线端口, 实现虚拟测量仪器;利用LabVIEW完成测量数据的采集与存储。系统整体框图如图1所示。
信号采集卡采用研华高速PCI—1714UL卡, 它有4个通道, 可以同时采集信号, 每个通道采样率可达10MHz, 根据所查文献, 国外在将声发射传感器用于加工过程监测时, 采样频率都在2MHz左右[4,5]。因为该卡不能单独设置各个通道的采样率, 所以声发射传感器、振动传感器和红外温度传感器的采样频率都设置为2MHz。如此高的采样频率, 以及相应而来的巨大数据量, 对计算机性能和采样程序提出了较高要求。传感器为optris CT 红外测温仪、联能电子内置ICP加速度传感器CA-YD-1182、SR150A型声发射传感器, 各传感器都配相应的信号调理模块。
2 试验装置及加工参数设置
整个试验在瑞士米克朗 (Mikron Ucp600) 五坐标精密高速数控立式加工中心上进行。声发射传感器和加速度传感器依靠其自带的磁铁, 吸附在工件表面 (避开加工刀具) 。红外传感器放置在一个自制的托架上, 其光斑点对准刀尖, 整个加工过程不抬刀, 保证温度信号的采样不间断。
试验采取端面直线顺铣, 加工航空预拉伸铝板7050-T7451。为了对比, 分别在低速干切削、高速干切削和正常润滑切削3种情况下进行试验。表1的3种工况对应的主轴速度、进给速度和背吃刀量同时增大, 没有采用2个参数不变、变动1个参数的方式, 主要是为了使其变化趋势更明显, 同时也可以减少试验次数, 降低成本。
表2的参数设置方式基本与表1相同, 只是因为是干切削, 采用普通刀具, 所以主轴转速设置较低。
表3是在相同主轴转速和相同背吃刀量的情况下, 使进给速度不断变大, 最后的工况4就是高速切削中常采用的高速加大进给量的工况。
3 试验结果、信号处理及分析
采集的声发射信号、加速度 (振动) 信号和温度信号, 由于采样频率高且受噪声干扰, 无法直接看出规律, 故采用小波变换对温度信号进行处理以观察规律。对声发射信号和振动信号进行小波包分解后, 计算不同频段的能量百分比, 找出较明显的特征。
3.1小波变换与小波包变换
信号f (t) 的连续小波变换定义为
式中, w表示小波变换;ψ (·) 为母小波或小波基函数;a、b分别为尺度参数和位置平移参数。
小波变换的结果是, 将时域中的一维信号变换为时间—频域平面中的二维函数。将尺度参数a和位置平移参数b按二进方式离散, 可以得到函数的离散表达式。
3.2 温度信号处理结果与分析
对表1～表3所示工况采集的温度信号, 用db3小波基函数进行15层小波分解, 并对第15层分解信号进行重构, 所得结果如图2～图4所示。
图2显示, 正常的加冷却液切削的加工温度基本维持在室温。从图3可看出, 随着切削速度的增加, 低速干切削温度缓慢增加。从图4可看出, 整个高速干切削的温度比低速时的温度要显著增加, 但是随着进给量的增加, 其加工温度反而显著降低, 也就是说在高速、大进给量的情况下, 切削效果好, 这与一般高速切削理论相符[6]。
3.3小波包变换和由小波包系数组成的特征向量
信号的小波包分解是小波变换的精彩延续, 具有分解正交性、独立性和多分辨率等特点。分解后各频带的频率范围为
式中, f (j, i) 为i层分解的第j频带的频率范围 (j=1, 2, …, 2i) ;fs为采样频率。
为了研究声发射和振动信号特征, 对它们用db1小波包和Shannon熵标准进行5层小波包分解并重构。得到由低到高均匀分布的25 (32) 个频段的小波包系数序列。然后按照下式求出各个频段的能量:
j=0, 1, …, 31;k=1, 2, …, n
式中, T为整个加工过程的时间;xj, k为重构信号S5, j离散点的幅值。
然后按照下式构造特征向量:
T′= (E5, 0, E5, 1, …, E5, 31) (4)
当数据点较多时, 能量的数值很大, 为了便于数据处理, 对向量进行归一化处理:
T= (E5, 1/E, E5, 2/E, …, E5, 31/E) (5)
向量T即为归一化后的特征向量。它表示各个频段能量占总能量的比例。
加工方式为端面直线铣削, 加工的后期更能反映加工过程特点, 所以用声发射信号和振动采样信号的最后100 000个采样点数据按式 (3) ～式 (6) 构造特征向量。
3.4 声发射信号和振动信号处理结果与分析
对声发射采样信号和振动采样信号, 用上述方法处理后, 得到如图5、图6所示的结果。从图5看出, 振动和声发射的能量, 无论是低速干切削、高速干切削还是正常润滑切削, 主要都集中在低频段 (第1频段, 即0～62.5kHz) , 而在其他频段, 能量分布都比较分散, 比较小。为了看得清楚, 将第1频段的能量单独画出, 如图6所示, 可看出振动信号和声发射信号在正常润滑时, 低频分量的能量百分比都比较高, 约55%～60%, 在低速干切削中, 随着切削用量的增加, 振动和声发射的低频分量的能量百分比急剧减小, 而高速干切削中, 随着进给量的增加, 振动的低频分量的能量百分比, 基本稳定在35%～40%。低频分量一般代表着加工中的稳定因素, 这说明高速干切削中, 随着进给量增加, 即在高速、大进给情况下, 加工过程反而趋于稳定。
工况1～3:低速干切削工况4～7:高速干切削工况8～10:正常润滑切削
4 结论
(1) 高速干铣削铝合金时的温度比低速时的温度要显著增高, 但是随着进给量的增加, 其加工温度反而显著降低, 也就是在高速、大进给情况下, 加工性能变好。
(2) 对声发射信号和振动信号进行小波包分解后, 用各频段小波包系数的能量百分比构造一个特征向量, 发现高速干切削的低频部分的能量百分比都较高, 也就意味着加工比较稳定。
参考文献
[1]Kustas F M, Fehrehnbacher L L, Komanduri R.Nanocoatings on Cutting Tools for Dry Machining[J].Annals of the CIRP, 1997, 46 (1) :39-42.
[2]Narutaki N, Yamane Y, Tashima S.A New Ad-vanced Ceramics for Dry Machining[J].Annals ofthe CIRP, 1997, 46 (1) :43-45.
[3]刘志峰, 张崇高, 任家隆.干切削加工技术及应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[4]Kang Myeong Chang, Kim Jeong Suk, Kim JeonHa.Monitoring Technique Using a Multi-sensorin High Speed Machining[J].Journal of MaterialsProcessing Technology, 2001, 113:331-336.
[5]Haber R E, Jimenez J E, Peres C R, et al.An Inves-tigation of Tool-wear Monitoring in a High-speed Machining Process[J].Sensors and Actua-tors, 2004, 116 (3) :539-545.
[6]艾兴, 赵连城, 曾松岩, 等.高速切削加工技术[M].北京:国防工业出版社, 2003.
高速干切削 篇2
关键词：准干切削,加工过程监控,声发射,小波变换
0 引言
在人类进入二十一世纪后,随着高速切削加工技术的迅猛发展,加工过程中的切削液用量越来越大,有时高达80~100L/min,大量使用切削液造成了许多负面影响[1]:1)零件的生产成本大幅度提高。有统计数据表明,在零件加工总成本中,切削液费用约占16%,而刀具费用只占总成本的4%;2)造成对环境的严重污染,破坏生态环境,不利于可持续发展战略的实施;3)直接危害车间工人的身体健康。在这种背景下,加工过程中减少切削液的准干切削的概念逐步形成,它可获得洁净、无污染的切屑,省去了切削液及其处理等大量费用,可进一步降低生产成本。因此,在机械加工领域实现准干切削,即加工过程使用微量润滑(Minimum Quantity Lubrication),实现绿色制造,势在必行[2,3]。
在高速切削中,因为采用很高的主轴转速、刀具进给速度,使得加工过程变得更加复杂和充满变数,刀具的磨损、崩刃、温度过高等危险性显著增加。而目前在高速切削领域对其准干切削加工过程的状态监测与分析重视不够。
因此,本文将建立一套基于虚拟仪器的声发射信号采集系统,用声发射传感器采集铝合金高速准干铣削加工试验过程中的声发射信号。声发射也称为应力波发射,就是材料受外力或内力作用产生变形或断裂时,以弹性波的形式释放出应变能的现象。当刀具磨损或破损时,刀具不锋利,或不能正常切削,则工件受力将增大,变形能量增大,声发射信号的振幅将发生变化。密集及高幅值的声发射信号发生在材料屈服时,在断裂时产生可察觉但幅值不高的声发射信号[4,5]。所以,通过声发射信号的幅值变化可间接反映出高速切削铝合金加工过程的好坏,其结论有助于指导高速铣削铝合金加工、优化高速切削工艺参数,提高加工效率与质量。对试验过程中声发射信号的监测与分析,可以为高速切削提供一条新途径,解决高速准干切削的一个关键技术问题。
1 基于虚拟仪器的过程监测软硬件系统
信号采集利用通用计算机接口板卡、声发射传感器采集数据;在Labview平台上设计前面板、框图程序、图标/接线端口,实现虚拟测量仪器;利用Labview中的CIN技术,实现与C语言的接口,完成测量数据的采集与存储功能。高速准干铣削加工试验系统整体框图和Lab VIEW信号采集系统分别如图1、图2所示。声发射信号采集卡采用研华高速PCI-1714UL卡,采样率可达4通道各10MHz,根据所查文献,国外在将声发射传感器用于加工过程监测时,采样率都在2MHz左右[6,7]。所以声发射传感器的采样率设置为2MHz。如此高的采样率,以及相应而来的巨大数据量,对计算机性能以及采样程序提出了较高要求。运动控制卡采用的是研华PCI-1243四轴步进电机驱动板卡,驱动方式为2-Pulse模式和1-Pulse模式。传感器是用SR150A型声发射传感器,并配了相应的主放大器和前置放大器。
2 试验装置及加工参数设置
2.1 试验装置
1)试验机床:瑞士MIKRON UCP600VARIO型五坐标高速立式加工中心。该机床主轴转速:20-20000r/min;工作行程:X轴:600mm,Y轴:450mm,Z轴:450mm。
2)切削刀具:金刚石涂层三齿直立铣刀(Φ20mm)
3)切削工件:选用航空铝(7050-T7451)材料,规格为58cm*16cm*6cm的长方体。
4)低噪声油泵电机:油泵工作温度250°C,噪声约50分贝,电机功率370W,电压380V。
5)电液数字阀及驱动:电液数字阀在工作压力值10Mpa左右,可控制流量在0.02L/min~0.1L/min之间。电液数字阀是日本原装进口设备。在试验加工中,调节电液数字阀的输出流量大小可分为手动和自动两种,目前我们是采用的是手动调节。
整个试验是在瑞士米克朗五坐标精密高速数控立式加工中心上进行的。声发射传感器依靠其自带的磁铁,吸附在工件表面,整个加工过程不抬刀,保证声发射信号的采样不间断。油泵在额定压力下不断给电液数字阀供给切削液,通过手动调节数字阀上的刻度盘,来控制其输出流量的大小。试验采取端面直线顺铣,加工航空预拉伸铝板。
2.2 试验参数
为了更好的进行研究和比较,试验分成六组,分别在第一组无润滑、第二组0.06l/min润滑、第三组0.18 l/min润滑、第四组0.27 l/min润滑、第五组0.38 l/min润滑、第六组0.88 l/min润滑,这六组以润滑量固定,改变主轴转速进行试验。因此,这六组实验采用的是同一张试验参数表,具体设置情况如表1所示:
从表1中可以看出,这六组试验,每组试验对应着5种不同的转速,即在相同切削液流量下,分析主轴转速对声发射信号的影响。
3 试验结果、信号处理及分析
采集的声发射信号,由于采样频率高以及噪声干扰,无法直接看出规律,通过尝试多种信号处理方法后,对于声发射信号用小波变换处理可以看出明显规律。
3.1 小波变换
信号f(t)的连续小波变换定义为:式中,ψ(t)为母小波或小波基函数;a和b分别为尺度参数和位置平移参数。小波变换的结果是将时域中的一维信号变换到时间—频域平面中的二维函数。将尺度参数a和位置平移参数b按二进方式离散化,可以得到函数的离散表达式。
3.2 声发射信号处理结果与分析
对表1所示工况采集的声发射信号,用db3小波基函数进行18层小波分解,并对第18层分解信号进行重构,结果如图3、图8所示。
图3、图8显示,在相同润滑量的条件下,主轴转速从5000r/min升高到18000r/min过程中,声发射信号不断增大。另外,我们还可以看出在相同的主轴转速下,切削液流量大小对声发射信号没有影响。
3.3 准干切削过程中润滑量对加工工件表面质量的影响
对转速为18000r/min,润滑量分别为0、0.06l/min、0.18l/min、0.27l/min、0.38l/min、0.88l/min所对应的加工工件表面先进行扫描电镜检测(SEM),其中干铣和0.38l/min润滑加工表面的SEM图如图9、图10所示,其他润滑程度的加工表面SEM图类似于图10。
从图中可以看出,干切削加工工件表面有一些凹坑,类似齿轮或轴承表面的点蚀,而在其它使用润滑液的加工工件表面都没有这种现象。这充分说明润滑液的有无对加工表面的微观质量是有影响的。
4 结论
1)高速干铣削铝合金时,声发射随着切削速度的增大而增大,按照这种趋势,切削速度的增加到一定程度后,会产生大量的塑性变形对材料内部结构有损伤。因此,增大速度的程度要适当。
2)切削液多少对声发射没有影响。但在试验后,可以看出准干切削比干切削得到的工件表面质量要光滑,因此在高速干切削过程中应该使用微量润滑。
3)在这次高速准干切削试验中使用了电液数字阀控制切削液流量,提高了控制精度,并且为以后实现整套系统的闭环控制奠定了基础。
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.
[2]李新龙,何宁,李亮.绿色切削中的MQL技术[J].航空精密制造技术,2005,41(2):24-35.
[3]Rahman M,Kumar AS,Salan MU.Evaluation of minimal quan-tities of lubricant in end milling.Int.J.Adv.Manuf.Techno.2001,18:235-241.
[4]杨明纬.声发射检测[M].北京:机械工业出版社,2004.
[5]王祖荫.声发射技术基础[M].济南:山东科学技术出版社,1990.
[6]Myeong Chang Kang,Jeong Suk Kim,Jeon Ha Kim.Moni-toring technique using a multi-sensor in high speed machining,Journal of Materials Processing Technology,2001,113:331-336.
先进制造之绿色干切削技术 篇3
1 传统切削的不利影响
1.1 造成环境污染
在传统的切削加工中, 通常使用的切削液分为油基和水基两种, 含有多种化学成份。使用切削液的危害主要是其废液对环境的污染, 切削液中所含的矿物油生物降解性差, 会长期滞留在土壤和水中。研究表明, 油的含量达到一定程度会破坏水生生物正常的生态, 甚至导致水生生物死亡。同时, 切削液中添加剂对环境的污染更是多方面的。另外, 切削液中的有毒有害成分在切屑再生利用时也会对环境造成危害。
1.2 生产成本增加
切削用量的不断增大, 使切削液的用量不断增加, 据国内外统计资料表明, 切削液的使用和切削废液的处理占总制造成本的16%, 而刀具的成本仅占制造成本的4%。这个统计数据足以引起人们的高度重视, 当今市场竞争日益激烈, 降低产品的成本和价格, 已成为企业生存与发展必须考虑的问题。
1.3 危害工人的健康
首先, 切削液会对呼吸器官造成危害。油基切削液在重载或高速切削条件下, 由于高温产生化学反应, 释放出有害气体和油雾。其次, 为改善切削性能水基切削液加入了各种添加剂, 如:极压剂、防霉剂、防锈剂等, 切削液中的添加剂具有一定的毒性。最后, 氯化物和甲醛类化合物会刺激皮肤和眼睛, 对皮肤和眼睛造成危害。同时, 美国GeneralMoter汽车公司专门的综合调查, 也验证了直接接触切削液的操作工患呼吸系统疾病的概率大于其他人群。
2 干切削技术的提出
为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略, 干切削技术是1995年后发展起来的一项绿色切削加工技术。随着各国环保法规的日益严格和全球生态环境的恶化, 切削液在传统的湿切削加工中对工人健康的危害和环境的污染已引起了广泛的重视。随着切削用量的不断增大, 切削液的使用量也不断增加, 切削液的使用带来了许多负面问题, 机械制造业面临了很大的环保压力, 迫使人们必须采用环保型的生产工艺。1995年干切削的科学意义被正式确立。德国Aachen工业大学的F.Klocke教授在1997年的国际生产工程研究会 (CIRP) 年会上, 作了有关干切削的主题报告。如今干切削技术已经在许多工业发达国家的学术界和工业界引起了广泛的重视, 并成功应用到生产领域, 取得了很好的经济效益。
3 干切削刀具
刀具是干切削加工技术能够顺利实现的关键因素, 是进行干切削加工最大的技术难题, 刀具在切削过程中承受的压力很大, 在无切削液的情况下, 切削时会加大刀具、切屑、工件之间的摩擦, 使刀具切削刃上温度很高、压力很大, 从而刀具和会迅速磨损。因此, 需要选用超硬刀具材料、对刀具表面进行涂层处理、对刀具的几何参数进行优化、采用合适的切削用量来降低切削温度和减小切削力。干切削刀具材料应具备很高的耐热性、热韧性和耐磨性, 良好的抗粘结性和耐热冲击性。常用的干切削刀具材料有立方氮化硼, 聚晶金刚石, 涂层硬质合金和陶瓷及金属陶瓷等。
随着耐高温刀具材料的不断发展, 干切削技术也得到了不断发展。它不仅有利于节约能量资源、减小环境污染, 而且切屑清洁、易回收再利用, 是一种非常理想的绿色加工方法。
4 干切削机床
设计干切削机床主要考虑的问题是切削热的迅速散发和切屑、灰尘的快速排出。干切削时在机床切削加工区会产生很大的热量, 如不能及时从机床中排出去, 机床就会产生热变形, 从而影响机床的工作可靠性和工件的加工精度。对于无法排出的热量, 可采取隔热措施。为了排屑方便, 干切削机床可尽量采用倾斜式床身和立式主轴。可用绝热材料制造工作台上的倾斜盖板, 大量热切屑可直接送入螺旋排屑槽。为了提高机床工艺系统的热稳定性可采用内置循环冷气系统。为了监控机床温度场的变化情况, 可在关键部位设置温度传感器, 必要时可通过数控系统进行精确的误差补偿。另外还可采用吸气系统帮助排屑, 采用过滤系统滤去尘埃颗粒。
5 结语
制造技术的先进程度不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志, 也逐渐成为国际间科技竞争的焦点。因此, 对先进制造技术的研究显得尤为重要。加之人们的环保意识不断增强, 可持续发展思想不断深入, 制造业中环境污染和资源浪费的问题亟待解决。绿色制造正是解决这一问题的有效途径, 它将成为21世纪制造业的重要特征之一。
在切削加工过程中, 干切削消除了切削液的不利影响, 用干切削代替湿切削, 是机械制造业可持续发展的方向。研究干切削加工技术, 探明各种不同工件材料所适合的干切削加工工艺, 最终实现干切削加工, 对保护生态环境, 提高制造业的生产水平, 有着非常重要的意义。
参考文献
[1]谢国如.绿色制造中干切削的研究[J].现代机械, 2004 (6) :57-58.
[2]马平, 胡爱玲, 白钊.高速干切削及其关键技术[J].新技术新工艺, 2004 (4) :14-1 7.
干切削加工技术应用探究 篇4
关键词：可持续发展,绿色制造,干切削加工,切削液,环境保护
1 概述
1.1 制造业的可持续发展
进入21世纪, 人类在百年工业文明的探索和实践中, 迎来了信息时代的新纪元。制造业也由“高成本、高消耗、低产出、低回报”的粗放式加工方式逐步向智能化制造、网络化制造、绿色制造等方向发展。随着制造业的迅猛发展, 不但满足了人类日益增长的需求, 还为大幅度提高人类的生活水平提供了物质基础。但我们也应看到工业化的实现特别是制造业的迅猛发展过程, 是构建在大量消耗不可再生资源基础上的, 其生产与消费过程产生的大量污染, 牺牲了人类赖以生存的自然环境。发展是人类社会永恒的主题, 但发展不应建立在损失当前资源、破坏后辈生存、发展环境基础上。合理使用资源和保护生态环境, 使发展既能满足当代人需求, 又不对后代人的需求构成危害的发展道路才是晚们应该走的可持续发展之路。人与自然的和谐发展才是人类生存的需要、生产可持续发展的需要。因此, 在产品制造中保护自然资源、保护和绿化环境、节约材料和能源, 实现绿色制造才是制造业发展需要考虑的重要因素。
1.2 切削液参与加工对环境的影响
在产品加工中必然会产生大量的高温切屑, 目前为消除由此带来的对机床、工件和刀具的影响, 多数加工中采用高压大流量冷却液对加工区域进行冷却和润滑, 但大量切削液的使用有以下弊端:
a) 切削液的配比成分中大都含有一定量的化学添加剂 (如硫、氯等有害元素) , 在加工过程中会产生高温而使切削液形成雾状挥发, 会发生化学反应生成有害物质污染环境并威胁操作者身体健康。
b) 残留在表面及孔眼、沟槽中的切削液易使工件、机床、工装等物品锈蚀, 影响性能和质量。
c) 使用后的废切削液回收、处理, 不但困难, 而且成本较高。
1.3 干切削加工的特点
干切削加工, 即在切削加工过程中, 不采用切削液进行润滑和冷却或采用干燥的高压气体进行冷却的加工方式。其加工特点如下:
1.4 形成的切屑干净、清洁无污染, 易于回收处理;
1.5 省去与切削液有关的采购、运输、调配、贮藏、回收处理等费用, 节约生产成本;
1.6 不使用切削液也就不会生成污染环境的废液, 也不会有因残留切削液而导致的产品或机床、工具锈蚀现象发生。
2 干切削加工技术实现要求
干切削加工是在1995年后, 为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略, 而发展起来的一项绿色切削加工技术。目前, 包括欧、美和日本等工业发达国家都非常重视干切削加工技术的研究与应用, 其中德国企业在生产中已有10%～15%的加工方式采用干切削加工技术, 并且有些机床厂家还专门制造了适合干切削加工使用的机床。干切削加工技术现已应用到钢、铝、铸铁等多材料和航空、航天、汽车、等多行业生产加工中。
干切削加工技术是适应绿色制造发展趋势, 实现制造业可持续发展的有效途径之一。但是由于在干切削加工过程中没有切削液的冷却、润滑和排屑作用支持, 会导致切削区刀具与工件的摩擦加剧, 切削力增大, 切削温度上升, 切削振动增强以及排屑不流畅等情况;会对机床加工性能和刀具使用寿命有影响, 并且有可能降低产品加工质量, 因此, 要实现干切削加工必须有相应的机床、刀具来保证。
2.1 干切削加工对机床的要求
a) 对机床主轴的要求:采用干切削加工的机床主轴应具有较高的转数和高刚度, 特别是机床的主轴动刚度, 以适应干切削加工过程中切削力增大、切削振动增强带来的影响。
b) 对进给传动系统要求:干切削加工过程中刀具与工件的摩擦剧烈, 切削力大, 因此要求机床进给传动系统应具有较高的刚度和较大的进给推力。例如, 采用伺服电机与大导程丝杠螺母副组合传动或直流电机直接驱动丝杠进行进给传递。
c) 对其它控制、运动辅件的要求:机床的主轴及相关机械运动部件、电气控制部件要有可靠的密封结构和良好的密封效果。以防止加工中产生的灰尘、细小碎屑以及金属悬浮颗粒的侵入, 避免造成机床部件性能丧失或加剧部件磨损。
2.2 干切削加工对刀具的要求
a) 刀具材料要求:干切削加工是一种无润滑、冷却形式的加工方法, 因此要求干切削加工所使用的刀具与工件材料之间的摩擦系数要小, 刀具的材料应具有高的红硬性和耐磨性, 同时应具有高的热稳定性和抗冲击性。目前, 通常所使用的有陶瓷、立方氮化硼 (CBN) 、聚晶金刚石 (PCD) 以及超细硬质合金等刀具材料, 它们都具有较高的红硬性和耐磨性。加入WC、Ti C、Ta C等碳化物的硬质合金刀具在切削钢件时, 耐热性可达800℃～1100℃, 切削速度Vc可达220m/min以上。另外, 带有厚度为5μm～10μm的Ti N、Ti CN等涂层材料的硬质合金刀具具有更高的耐磨性和刀具耐用度。
b) 刀具几何槽形要求:干切削加工刀具的几何槽形应利于断屑、排屑和散热, 以减小切削热对刀具带来的影响, 降低刀具磨损、提高刀具使用寿命。在干切削加工中应采用具有较大的前角和刃倾角的刀具, 同时为提高刃口强度, 刀具的切削刃应带有负倒棱或加强刃。例如, 湖南株洲钻石刀具系列中的DR槽形 (适合钢件切削) , LH槽型 (适合铝件切削) ;山特维克 (SANDVIK) 刀具中的PR槽型 (适合钢件切削) , AL槽型 (适合铝件切削) 。
3 干切削加工应用事例
干切削加工技术可以从根本上解决切削液带来的诸多不利因素, 是一种适应清洁生产、降低生产成本的工艺方法。但由于受机床、刀具、工艺等因素限制未能得到普及广泛应用。下面仅列举我公司简单应用实例加以说明:
3.1 铸铁件干切削加工
我公司机床上使用的法兰盘、中心架架体均为铸铁, 型号有HT200、HT250等。在单件加工中通常都不用切削液, 是典型的干切削加工方式。采用普通刀具加工时刀尖易烧结, 工件表面质量不好, 在采用立方氮化硼CB50 (SANDVIK) 刀具加工后, 工件表面质量和刀具耐用度均有大幅度提高, 金属去除率也由原来的10cm3/min～13cm3/min提高到30cm3/min～35cm3/min。
3.2 钢件干切削加工
我公司在某产品零件粗车外圆工序生产过程中, 完全采用干切削加工方法。加工的材料为D60钢, 零件尺寸∮160×608 (单位:mm) , 机床采用德国OERLIKON公司制造的VA5/HZ液压多刀自动仿行车床, 采用芯轴式夹具两点反撑夹紧, 机床尾座顶尖辅助支撑。见下图:
该机床是干切削加工专用机床, 主电机功率90kw, 进给单元采用直流电机直接驱动大导程丝杠螺母副, 有效保证机床进给动力。该机床大拖板带动三把上刀架对工件的外形进行同时切削, 各部外形尺寸靠仿形板保证。在切削过程中每把刀的切深ap可达 (8～12) mm, 走刀量f在 (0.7～1.0) mm/r, 机床转数n为380r/min。刀杆采用PSBNL3232K19 (SANDVIK) , 刀片采用SNMM190616-PR4025 (SANDVIK) 。
在无切削液参与加工的情况下, 多年来为公司节约了大量生产制造成本。
作为我国经济支柱产业和污染主要排废源的制造业, 只有实行“绿色制造”模式、可持续发展模式才能做到自然资源和能源的有效使用, 才能实现发展的可持续性。干切削加工技术作为一种的优质绿色加工工艺, 对我国实行可持续发展是战略是有重大意义。
参考文献
[1]刘苗东.干切削机床的结构特点.江苏机械制造与自动化, 2004.4
[2]陆创中, 孙家宁.金属切削原理与刀具 (军工版) .上海机械专科学校, 1993.10
[3]黄鹤订.金属切削机床设计.扬州工学院
高速干切削 篇5
难加工材料因其优异的机械物理性能而被广泛用作航空、航天和兵器等行业的关键件材料,而这些关键件的工作环境大多极其恶劣。关键件失效分析表明,疲劳、蠕变和应力腐蚀裂痕等严重问题几乎都是发生在零件表面,这些情况的发生很大程度上取决于加工表面的残余应力[1]。各种机械零件在制造时往往会产生残余应力。适当的残余应力可能成为零件强化的因素,不适当的残余应力则可能导致变形和开裂等工艺缺陷。在加工以后,残余应力将影响零件的静载强度、疲劳强度、抗应力腐蚀能力及形状尺寸的稳定性。因此对难加工材料加工表面残余应力研究就显得尤为重要。
葡萄牙Outeiro等人研究了INCONEL718干切削时残余应力,涂层刀具比未涂层刀具加工能获得更高的表面残余应力,最大残余拉应力均在以加工表面,而最大残余压应力在涂层刀具比未涂层刀具加工能获得更高的表面残余应力工表面以下[2];美国俄亥俄州立大学Shivpuri等人研究了在硬切削轴承钢时进给量、工件硬度和切削刃几何形状对残余应力的影响,认为:增大进给量在显著增大切削力的同时可以得到更大的残余压应力,增加倒棱钝圆半径可以增大亚表层残余压应力,同时刀具温度上升,倒棱角可以起到同样的作用,对于同样的切削参数,工件的热处理后硬度越高,得到的残余压应力越大,当低进给和高工件硬度结合时,可以得到低切削力和低切削温度的高残余压应力[3];日本横滨国立大学机械工程系Takagi等人研究了轴承钢硬态切削中刀尖圆弧半径和刀具磨损和残余应力的关系,研究认为:随着刀尖圆弧半径的增大,已加工表面残余应力由拉应力转化为压应力,随着刀具磨损的增大,已加工表面残余拉应力增加,而且亚表面残余压应力也显著增加,同时刀尖半径对残余应力分布的影响随着刀具磨损的增加而大大减少[4];瑞典查尔莫斯理工大学Gunnberg研究了渗碳合金结构钢18Mn Cr5硬切削时切削参数对残余应力的影响,研究表明:切削速度增加表面残余拉应力,但对10~50微米亚表面影响不大,进给增大,表面残余压应力增加;切削深度不影响残余应力[5];法国的Devillez等人对切削Inconel 718的表面完整性进行了研究,研究认为所有的残余应力分布情况显示在加工表面附近都存在一个残余拉应力薄层,最大值在加工表面,再往下是一个几倍于这个薄层厚度的残余压应力层,这与葡萄牙Outeiro等人研究结果相符,并且比较了干湿切削时的残余应力,发现切削液的使用降低了表面残余拉应力,然而,当速度增加时,切削液的效果降低,当速度增加到80m/min时,干湿切削的表面残余应力基本相等[1]。
1 试验条件与方法
1.1 试验准备
工件材料为国防用某型号高强高硬钢,工件尺寸为Ф120X280mm棒料,材料均经过淬火处理,硬度HRC55,抗拉强度1200MPa,屈服强度920MPa,伸长率δ为12%,冲击韧度值ακ为8kg/cm2。此型号高强高硬钢加工性较差,属于典型的难加工材料。本试验是对此钢进行硬态干切削后的残余应力进行研究。
试验刀具选择SANDVIK CC670,刀具几何参数为刀尖圆弧半径rε=0.8mm、前角γ0=-6°、后角α0=6°、刃倾角ls=-6°、主偏角kr=45°、副偏角k’r=45°。车削加工设备使用的是数控车削加工中心HAWK TC-150,残余应力层深研究样块切割使用数控电火花线切割机DK7740,样块研磨抛光使用XF-1电解抛光机;残余应力测量使用X-350A型X射线应力测定仪。
1.2 试验方法
在数控车削加工中心HAWK TC-150上进行某型号高强高硬钢连续干车削试验,然后使用X-350A型X射线应力测定仪对工件进行已加工表面切向残余应力测量,测量方法选择侧倾固定ψ法,定峰方法选择交相关法,辐射采用Cr Kα,管电压及管电流分别为20KV和5m A,准直器直径为1mm,衍射晶面选择211晶面,2θ扫描步距取0.1°,计数时间为1s,ψ角选择0°、24.2°、35.3°、45°四站测量,所有测试前均使用无应力的铁素体粉末标样先进行了仪器校正。然后从测量结果中选择有代表性的三组数据进行残余应力层深研究,使用数控电火花线切割机DK7740将被选参数的样块切下,使用XF-1电解抛光机用饱和Na Cl溶液进行电解抛光来确定层深的残余应力分布,避免额外的残余应力的引入。图1为试验中使用到的X-350A型X射线应力测定仪。
测量原理基于X射线衍射理论。当一束具有一定波长λ的X射线照射到多晶体上时,会在一定的角度2θ上接收到反射的X射线强度极大值(即所谓衍射峰),这便是X射线衍射现象。X射线的波长λ、衍射晶面间距d和衍射角2θ之间遵从布拉格定律:
在己知X射线波长λ的条件下,布拉格定律把宏观上可以测量的衍射角2θ与微观的晶面间距d建立起确定的关系。当材料中有应力σ存在时,其晶面间距d必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化,按照布拉格定律,衍射角2θ也会相应改变。因此我们就可以通过测量衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。
所有的测试都是在干切削条件下进行,试验中切削参数选择如表1所示。
2 试验结果与分析
实验结果如图2所示。首先研究单个切削参数变化对表层残余应力的影响。图2(a)中,随着切削速度的增加,已加工表面残余应力由残余压应力逐渐转变为残余拉应力,原因是随着切削速度的增加,刀具和工件表面温度升高,表面受热膨胀,已加工表面金属塑性变形加大,待加工完成后,工件冷却加工表面收缩大于里层,表面受到里层的牵制产生表面残余拉应力,而在里层产生残余压应力。
已加工表面残余应力随切深变化规律如图2(b)所示,从图中可以看出,随着切削深度的变化,表面残余应力的变化不大,无明显变化趋势,这是因为随着切深的增加,单位材料去除率增加使得切削产生的热量增加,但切屑体积增加,产生的热量大部分被切削带走,对已加工表面影响没有太大变化,已加工表面温度变化不明显,所以已加工表面残余应力变化不大。
从图2(c)中可以很清楚的看出进给量的变化对已加工表面残余应力影响较大,随着进给量的增大,已加工表面残余应力由压应力转变为拉应力,这是因为随着进给量的增加,里层材料弹性变形由拉伸变形转变为压缩变形,当加工完成时,里层材料弹性形变的恢复受到表面材料的牵制而出现由表面残余压应力向残余拉应力的转变。
以下进行切削参数对残余应力作用深度影响的研究分析,切削因素对残余应力作用深度层影响结果如图2(d)-(f)所示。
图2(d)为不同速度对残余应力作用层影响规律,由图中可以看出,随着速度的增加,残余应力作用深度出现略微的减小,而亚表层残余压应力最大值减小,这是因为速度增加使切削温度上升,而切屑带走的热量也随之增大,高温对亚表层的影响程度降低,使得由于热应力和相变引起的残余应力作用减小,从而出现上述情况。
图2(e)显示的是切削深度与残余应力作用层分布之间的关系,可以清晰的看出,切削深度对残余应力层深分布影响不大,不同切深的5组残余应力层深分布线基本一致,主要原因是切削深度对切削温度影响很小,使得热应力和相变对残余应力影响的程度不大,在表象上就表现出切削深度对残余应力影响不显著。
从图2(f)中可以看出,随着进给量的增加,残余应力作用深度略微增大,亚表层残余应力最大值减小,且最大残余应力最大值出现深度增加,因为切削力随着切进给增加而增大,切削温度也随之增大,但尚未达到相变温度,此时,机械应力和热应力占主导地位,使得残余应力作用层深度增大,切削温度的增高使切削热对里层金属影响深度加深,故而残余压应力最大值出现深度增加,而切削热使得表层软化,表层金属塑性形变和里层金属弹性形变强度减轻,随之出现亚表层最大残余压应力值减小。
3 结束语
通过对加工过程中切削参数值的不同选取,可以得到不同的工件已加工表面残余应力值,可以为压应力,也可以为拉应力,大小也不尽相同,这是因为残余应力的产生是多种因素综合作用的结果,当其中某种因素起到主导作用时,就为表现出相应的表面残余应力,综上所述,可以得出如下结论:
1)对于论文研究的难加工材料而言,选择切削参数为低速低进给时,可以使工件已加工表面出现残余压应力,有利于提高零件的疲劳寿命;
2)切削参数中切削深度变化对工件表面残余应力影响不明显;
3)残余应力层深分布规律:随着速度的增加,已加工表面残余应力由压应力转变为拉应力,亚表层最大残余压应力值减小,残余应力作用深度减小;随着进给量的增加,表面残余压应力值减小,亚表层最大残余压应力值减小,残余应力作用深度增大;随着切削深的变化,已加工表面残余应力和亚表层残余应力变化不明显。
参考文献
[1]A.Devillez,G.Le Coz,S.Dominiak,D.Dudzinski.Drymachining of Inconel 718,workpiece surface integrity.Journal of Materials Processing Technology 211(2011)1590-1598.
[2]J.C.Outeiro,J.C.Pina,R.M.Saoubi,F.Pusavec,I.S.Jawahir.Analysis of residual stresses induced by dryturning of difficult-to-machine materials.CIRP Annals-Manufacturing Technology 57(2008)77-80.
[3]Jiang Hua,Rajiv Shivpuri,Xiaomin Cheng,VikramBedekar,Yoichi Matsumoto,Fukuo Hashimoto,ThomasR.Watkins.Effect of feed rate,workpiece hardness andcutting edge on subsurface residual stress in the hardturning of bearing steel using chamfer+hone cutting edgegeometry.Materials Science and Engineering A 394(2005)238-248.
[4]Meng Liu,Jun-ichiro Takagi,Akira Tsukuda.Effect of toolnose radius and tool wear on residual stress distributionin hard turning of bearing steel.Journal of MaterialsProcessing Technology 150(2004)234-241.
高速干切削 篇6
1 高速切削技术介绍
高速切削技术是建立在高速主轴与快速进给系统, 高性能控制技术, 高性刀具材质及刀具制造系, 高速切削机理等制造技术制造技术全面发展的基础上综合而成的, 高速切削技术在切削原理上是对常规切削的重大突破, 在切削加工工艺安排、切削用量选择及刀具应用等方面有较大的特殊性, 普通切削工艺及传统刀具不能满足高速切削技术要求。它需要刀具材料性能显著改善, 以及新型刀具材料和涂层工艺的开发和推广应用, 性能更耐磨、更可靠, 价格相对低廉的刀具材料成为发展高速切削的可靠保证。该技术也要求数控机床的主机结构和数控系统具备了更高的刚性、更快的运动速度和精度。
2 硬态切削技术应用研究
硬态切削是高速切削技术的一个应用领域, 它是指用车床使用单刃或多刃刀具来加工淬硬材料 (54-63HRC) 零件的一种加工方法。, 这种加工通常是作为最终加工或精加工, 它比传统的磨削加工有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点, 已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车业, 用CBN刀具加工20Cr Mo5淬硬齿轮 (60H RC) 内孔, 代替磨削, 表面粗糙度可达0.22μm, 已成为国内外汽车行业推广的新工艺。
淬硬钢是一类较难加工的材料, 它通常指淬火后具有马氏体组织, 硬度高, 强度也高, 几乎没有塑性的工件材料。其硬度可高达50-65HRC, 主要包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、轧辊钢及高速钢等。由于其典型的耐磨结构, 淬硬钢被广泛用于制造各种要求高硬度和高耐磨性的基础零部件, 淬硬钢工件的表面也比较光亮, 能达到磨削加工的效果。随着超硬刀具材料——陶瓷和PCBN性能的提高和价格的调整, 解决了淬硬零件传统制造工艺与快速发展的市场需求之间的矛盾, 使得更经济地切削加工淬硬钢成为可能。在德国等发达国家的汽车工业中, 多种轴类、套类零件大多采用硬车工艺代替磨削, 收到了良好效果, 因此在发达国家硬车技术已率先被普遍应用。
硬车技术是硬态切削技术的典型应用, 和普通车削相比在相同条件下, 硬车的切削力会增加70%以上, 切削所需功率也相应增加。硬车出现较大的切削力, 这就要求机床本身具备较高的刚性。切削用量选择是否合理, 对切削影响很大, 工件材料硬度越高, 其切削速度应越小。硬车过程中精加工合适的切削速度为70-150 m/min, 常用范围为125 m/min。当采用大切深或断续切削时, 切速应保持在60~120 m/min, 通常切深为0.1~0.25 mm;当加工表面粗糙度要求高时, 可选小的切削深度, 进给量通常选择0.04~0.14 mm/r, 具体根据表面粗糙度数值和生产率要求而定。
3 硬态车削技术优势分析
在硬态切削加工技术的采用与推广过程中, 与磨削技术相比具有良好加工柔性、经济性和环保性能。以硬态车削为例, 在加工淬硬钢精磨工序中采用硬态车削替代磨削, 分析比较其中优势。
(1) 避免工件灼伤, 磨削时的瞬时高温使工件表层局部组织发生变化, 并在工件表面的某些部分出现氧化变色的现象。磨削烧伤会降低材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度, 烧伤严重时还会出现裂纹。零件的磨削会对工件造成回火烧伤与淬火烧伤。而硬切加工时, 大量的热会被铁屑带走, 不会对工件造成烧伤和裂纹。另外硬切一次装夹, 可同时加工多个部分, 如外圆, 端面, 内孔等, 避免了多次装夹造成的累计误差, 所以它的同轴度, 垂直度的位置精度就很高。
(2) 加工表面质量较高, 局部的高温可以软化切削层, 便于切削。刀具硬度高, 能起到挤压的效果。一般车床的加工精度极限是Ra1.6, 而硬车可以达到0.7~0.8, 甚至更好, 也就实现了以车代磨的功能。
(3) 低成本, 较低的加工费用, 因为车床加工相对于钻床、镗床、铣床、磨床来说是最经济的。高效率, 车削装夹快速, 一次装夹可以完成多个表面的加工, 加工时间可缩短70%~80%, 因此硬车的加工效率为磨削的3~5倍, 而且CNC车床辅助时间短, 一般硬车的综合效率为磨削的3~5倍。CNC车床投资通常是磨床成本的一半以内, 设备成本低、适合柔性生产, 更好地适应柔性化生产要求。
(4) 降低维护费用, 节能环保, CN C车床和磨床相比占据更少的空间, 在CNC车床上, 磨损的CBN刀片可快速更换;硬车削里不需要冷却液, 污染排放量大大减小。
4 结语
硬态切削是高速切削技术的主要发展方向之一, 随着CNC技术, 新材料等基础技术的发展, 使得硬态切削成为当前关注的新型加工工艺, 它已经引起制造业界和科研机构的高度重视和极大兴趣。但是我们也应客观的对其进行分析, 认识到该技术自身也存在着一些有待深入研究的问题, 如高硬材料的切削机理研究, 建立高速切削的数据库, 开发适用于高速加工状态的监控技术等, 除了加强研究以外, 还应积极推广, 使这种高效率, 绿色的加工工艺更好的应用于生产实际。随着加工技术的不断发展, 硬态切削技术将会发展的加成熟, 并被广泛应用。
摘要：高速切削工艺以高效、精密和柔性为基本特征, 被视为现代制造技术领域的一个里程碑。本文介绍了高速切削的发展情况并通过研究其中硬态切削技术的应用从而分析高速切削具备一系列显著优势, 使制造业整体切削加工效率有显著的提高。
关键词：高速切削,硬切削,加工工艺,硬车技术
参考文献
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[2]陈日曙.金属切削原理[M].北京:机械工业出版社, 2002.
高速切削刀具材料及其应用 篇7
1 硬质合金
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘接金属通过粉末冶金工艺制程的合金材料, 具有硬度高、耐热等特点, 在实际中可用于切削铸铁、玻璃、普通石材、不锈钢、有色金属等材料, 但这种材料随着人们对切削工艺要求的不断提高已经不适合单独作为刀具材料。
2 硬质合金改性材料
2.1 硬质合金掺杂材料
随着切削技术的发展, 单一的硬质合金刀具无论是在硬度、耐磨性还是热硬性上都显得力不从心, 因此人们通过向硬质合金中添加镍、钴、碳化钨等材料对其进行掺杂改性, 研究发现改性后的硬质合金硬度、抗氧化性、耐磨性、热硬性等方面的性能都得到了不同程度的改善, 而对于常用的碳化钛基硬质合金来说, 向其中添加氮化物后材料的性能更是得到了大幅度的提升, 但这种材料不适合加工超高温金属以及高温合金、有色金属等。
2.2 涂层硬质合金材料
鉴于普通硬质合金性能不足以满足现代高速切削的要求, 而在硬质合金刀具表面涂覆一层或若干层其他硬度高、耐磨性好、润滑性好、难熔的物质可使其性能得到很好的改善, 从目前的研究来看, 可用于硬质合金刀具涂层的材料有碳化钛、氧化铝、金刚石、纳米材料等。
其中碳化钛单涂层可在一定程度上增加刀具硬度, 增加刀具切削速度, 且导热系数高, 二氧化铝涂层的耐氧化性更强, 更耐磨, 单导热系数较小, 因此在实际应用中常常将这两种材料或者再与第三种材料组成多涂层, 取各自材料的优点, 从而大大提高刀具的切削性能。
金刚石涂层是利用化学气相沉积法在硬质合金刀具表面形成一薄层的金刚石薄膜, 从而使普通硬质合金刀具具备金刚石材料的性质, 无论是硬度还是稳定性上都大幅度提升, 而且成本上来说要远远低于金刚石材料的刀具, 因此应用前景较为广阔, 可用于有色金属及纤维材料的切割等。
纳米材料涂层是采用多种不同的纳米级高性能材料制成涂层涂覆于硬质合金刀具的表面, 通过不同纳米材料的组合来达到不同的性能指标, 较为灵活, 是近年才流行起来的涂层技术, 可用于高速切割领域, 但整体上来处于实验室研究阶段, 距离实际应用尚有一定距离。
3 陶瓷材料
陶瓷材料被认为是一种较为先进的高速切削刀具材料, 其具有硬度高、耐磨性好、与金属亲和力小、化学稳定性好、使用寿命长等优点, 并且在高温下高速切削时切屑依然能够与刀具实现较好的分离, 再加上陶瓷良好的热稳定性, 导致不易发生切削事故, 且在切削过程中被加工零件的加工面粗糙度较小, 可实现以车代磨, 只通过车床一道工序就完成了车、磨两道工序的工作, 因此对简化工艺路线、缩短加工时间具有十分重大的意义。在实际工作中, 陶瓷刀具材料常用的有氧化铝基陶瓷、氮化硅陶瓷等。
3.1 氧化铝基陶瓷材料
氧化铝基陶瓷包括氧化铝陶瓷、氧化铝-碳化物陶瓷、氧化铝-金属陶瓷、氧化铝-金属-碳化物陶瓷等。氧化铝陶瓷是以氧化铝陶瓷为主, 为增强其抗弯强度向其中添加氧化镍等物质的陶瓷, 高温性能较好, 一般用于冷硬铸铁、淬火钢等硬脆材料的高速切削, 加工精度较高。而为了提高其抗弯性能、硬度以及韧性等一般采用向氧化铝陶瓷内单独添加金属、碳化物、氮化物或几种物质的混合物而形成陶瓷材料, 其中氧化铝-金属-碳化物陶瓷的热稳定性最好, 硬度最高, 可广泛用于合金钢、淬硬钢、铸钢、镍铬合金等金属材料以及纤维玻璃等非金属材料的加工。
3.2 氮化硅陶瓷材料
与氧化铝基陶瓷相比, 氮化硅基陶瓷具有较高的强度、断裂韧度和抗热震性能, 较低的热胀系数、杨氏模量和化学稳定性。与铸铁不易发生粘结, 因此, 氮化硅基陶瓷刀具主要用来高速加工铸铁。
4 金刚石材料
金刚石具有硬度极高、热稳定性好、化学稳定性好等优点, 常被任务是用于钻探用钻头的最佳材料, 由于其优异的性能, 使之在高速切削刀具材料中也具有十分广阔的应用前景。现实生活中可用作刀具的金刚石有天然金刚石、人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石和化学气相沉积金刚石涂层刀具等, 其中金刚石涂层刀具已经在前文中谈到。
天然金刚石刀具无论是耐磨性还是硬度都具备成为最佳刀具的潜质, 且加工精度超高, 可用于精密仪器、零部件的加工, 如光学镜面、芯片等, 但天然金刚石也是当前最为昂贵的一种刀具材料。
单晶金刚石是由人工在一定温度、压力等条件下合成的金刚石, 因此比天然金刚石的加工低廉很多, 其化学稳定性好, 尺寸和形状容易控制, 在机械加工、电子电路板、光学玻璃以及耐磨地板等的加工等领域均得到广泛的应用。
聚晶金刚石是在几千度高温、几百兆帕的条件下通过金属钴作为粘结剂压制而成的材料, 其耐磨性能极佳, 因此被用作有色金属、硬质合金或硬质非金属材料的加工等。
结语
高速切削技术是加工企业在激烈的市场竞争中得以生存的法宝, 通过高速切削技术可以显著提高加工速度和精度, 而随着高速切削技术的不断发展, 用于切削的刀具材料也会不断更新变化, 因此要结合当下的工艺特点和加工要求选择适合的刀具, 并且要紧跟科技发展的步伐, 不断将新材料、新技术用于高速切削刀具的制备中, 不断使刀具具有更高的强度、化学稳定性、硬度等性能, 促进机械加工行业的快速发展。
摘要：本文介绍了硬质合金、陶瓷、金刚石等几种常见的刀具材料及各自的适用情况, 为高速切削技术的实际应用提供理论参考。
关键词：高速切削,刀具材料,切削性能
参考文献
[1]宋炎荣, 熊建武, 周进.高速切削刀具材料及其合理选用[J].中国西部科技, 2011.
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