先进的制造技术在航空领域的应用高速切削加工.ppt

单击此处编辑母版标题样式,高速切削加工及其应用,高速切削加工及其应用,高速切削加工技术的特点和现状,高速切削加工理论基础,高速切削加工的工具系统,高速切削加工的安全技术,高速切削加工技术的应用实例,结束语,高速切削加工及其应用,高速切削加工技术的特点和现状,高速切削加工技术的特点：,高速切削是一个相对概念，一般认为切削速度,为普通切削速度,5,10,倍的切削。刀具转速,8000,10000rpm,以上的切削。,1978,年,CIRP,切削委员会定,为,500,7500m/min,的切削,。,高速切削加工及其应用,高速切削优越性：,随切削速度提高，切削力降低,25,30,以,上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降,低,1,2,级；生产效率提高，生产成本降低；大致,是切削速度和进给速度提高,15,20,，可降低制,造成本,10,15,。,高速切削加工及其应用,国外现状：,20,世纪,30,年代德国,Salomon,博士提出高速切削理,念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和,刀具技术的进步，,80,年代末和,90,年代初开始应用并,快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造,业加工铝、镁合金、钢、,铸铁及其合金、超级,合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加,工铸铁和铝合金最为普遍。,高速切削加工及其应用,钢和铸铁及其合金：,500,1500m/min,。,铸铁：最高达,2000m/min,（,钻削,160,200m/min,，,攻丝,100m/min,，,滚齿,300,600m/min,）。,40,65HRC,淬硬钢：,100,400m/min,。,高速切削加工及其应用,铝及其合金：,3000,5000m/min,，,最高达,7500m/min,，,主要受限于机床主轴最高转速和功率（整体硬质合金钻头钻孔：,200,300m/min,，,PCD,钻头加工硅铝合金：,300,400m/min,），,加工,Si,含量,12,的铸造硅铝合金：,500,1500m/min,。,镁及其合金：很高的切削速度，主要受限于镁的易燃性（燃点,650,）。,超级合金：,90,500m/min,。,高速切削加工及其应用,切削速度目标：,铣削：加工铝及其合金,10000m/min,；,加工铸铁,5000m/min,；,加工普通钢,2500m/min,。,钻削：加工铝及其合金,30000rpm,；,加工铸铁,20000rpm,；,加工普通钢,10000rpm,。,大进给目标：,进给速度：,V,f,20,50m/min,每刃进给量：,f,z,=1.0,1.5mm/,齿,高速切削加工及其应用,国外现状：,20,世纪,80,年代中期开始研究陶瓷刀具高速切,削淬硬钢，其后引起对高速切削加工的普遍关注。,目前，汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了,一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数,控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的,已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济,效益。,高速切削加工及其应用,2.,高速切削加工理论基础,2.1,不同材料在不同状态下的切屑形态,（,a）6061-T6,铝合金，刀具前角3,，(,b)6061-T6,铝合金，刀具前角3,，,切削深度为0.25,mm，,切削速度为 切削深度为0.25,mm，,切削速度为,1.56,m/min 130m/min,高速切削加工及其应用,(,c)4340,钢，刀具前角3,，(,d)4340,钢，刀具前角3,，,切削深度为0.18,mm，,切削深度为,0.18mm，,切削速度为1.50,m/min,切削速度为127.2,m/min,图1 6061,T6,铝合金和,AISI4340,钢在不同切削速度时的切屑形态（纵截面微观照片）,高速切削加工及其应用,(,a)40m/min,下连续切屑 (,b)125.5m/min,下连续切,屑与锯齿状切屑过渡状态,(,c)250m/min,下锯齿状切屑 (,d)2600m/min,下即将分离的,锯齿状切屑,图2 硬度325,HB,的40,CrNiMoA,的切屑形态,高速切削加工及其应用,图3 切削渗碳淬硬20,CrMnTi,钢（,HRC6062）,在100110,m/min,时的切屑形貌,高速切削加工及其应用,工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起,主要作用，其中工件材料及其性能有决定性影响：,低硬度和高热物理性能,KC,（,导热性,K,、密度,和比热容,C,的乘积）的工件材料如铝合金、低碳,钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围,内容易形成,连续带状切屑,。,硬度较高和低热物理特性,KC,的工件材料如热,处理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在宽切削,速度范围均形成,锯齿状切屑,，随切削速度的提高，,锯齿化程度增高，直至形成分离的,单元切屑,。,高速切削加工及其应用,2.2,切削力学,在高速切削范围内，随切削速度提高，摩擦系数减少，剪切角,增大，切削力降低。,图,4 PCBN,刀具车削铸铁时的切削力,高速切削加工及其应用,图,5 Al2O3,基陶瓷刀具端铣调质45钢时的切削力,高速切削加工及其应用,2.3,切削热和切削温度,切削时的热量主要来自剪切变形功、刀屑和刀工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工件和刀具传出去，周围介质传出小于,1,。,图,6,切削时热的产生与传出,高速切削加工及其应用,图,7,切削速度对切削温度的影响（,Salomon,曲线）,高速切削加工及其应用,试验结果表明：随切削速度的提高，开始切削温度升高很快，但达到一定速度后，切削温度的升高逐渐缓慢，甚至很少升高。,图,8 Al2O3,基陶瓷刀具端铣淬硬钢,T10A（HRC5865）,时的切削温度,高速切削加工及其应用,2.4,刀具磨损和破损,图,9 Al,2,O,3,基陶瓷刀具铣铸铁时的前、后刀面磨损,高速切削加工及其应用,图1,0 3020,涂层刀具铣铸铁时的微崩刃,高速切削加工及其应用,损坏机理：主要是粘结磨损、化学磨损（扩散、,溶解、氧化）、塑性变形和脆性破损。,连续切削是以磨损为主伴随微崩刃。,断续切削是磨损伴随破损，有的以破损为主。,刀具材料的高温力学性能、热性能和化学稳定性,对其抗损坏能力具有最重要的作用。,高速切削加工及其应用,2.5,表面粗糙度,随切削速度,V,的增加，加工表面粗糙度有所减少。,图1,1,切削速度对表面粗糙度的影响,高速切削加工及其应用,4.,高速切削加工的安全技术,对于铣刀等回转类刀具而言，当转速超过,8,000r/min,时，刀具系统的安全性就成为需要迫,切解决的一个关键问题：,工件质量；,刀具结构、精密主轴；,人身安全。,高速切削加工及其应用,图,17,在5000,rpm,时刀片甩出的面铣刀,高速切削加工及其应用,图,18,在36700,rpm,时爆碎的面铣刀,高速切削加工及其应用,图,19 36000 rpm,时弯曲与折断的,直径12,mm,的带柄立铣刀,高速切削加工及其应用,(a)50,000r/min (b)55,000r/min,图,20,旋转速度对刀体弹塑性变形的影响,高速切削加工及其应用,图,21,刀片外移和螺钉弯曲,高速切削加工及其应用,图,22,高速旋转刀具系统的安全性要求,高速切削加工及其应用,图,23,用于40000,rpm,的高速面铣刀,高速切削加工及其应用,5.,高速切削加工技术的应用实例,图,24,陶瓷刀具车削淬硬钢（,HRC6062,高速切削加工及其应用,图,25,注塑模具,高速切削加工及其应用,图,26,标志性建筑物,高速切削加工及其应用,高速切削加工及其应用,6.,结束语,高速切削加工技术是先进制造技术，具有巨大的,潜力。它的发展和应用，带动整个制造业效益的提高,和技术进步，因此，大力发展和推广应用高速切削加,工技术，对建设现代化的制造业强国，具有重大的意,义。,