金屬切削加工是指用刀具將工件上多余的材料切除,從而獲得圖紙要求的形狀,尺寸,位置和表面質(zhì)量等要求的加工方法。實現(xiàn)這一切削過程需具備三個條件:一是工件和刀具之間要有相對運動,也就是所謂的切削運動;二是刀具材料必須具備一定的切削性能;三是刀具必須具有適當?shù)膸缀螀?shù),也就是切削角度。
金屬的切削加工過程是通過機床或手持工具來進行切削加工,其主要方法有車,銑,鏜,磨,鉆,攻絲等,其形勢雖然所中多樣,但他們有很多共同的現(xiàn)象和規(guī)律。
一、金屬切削加工中的技術(shù)要點
1、切削力
在切削過程中,刀具切入工件,使切削層變?yōu)榍行疾⒀刂睹媪鞒?,同時獲得已加工表面。期間不僅需要客服工件材料產(chǎn)生剪切變形的歐用力,還需要克服發(fā)生在刀具前刀面和后刀面上的內(nèi)摩擦阻力。
2、切削熱
切削金屬時,由于切屑剪切變形所做的功和刀具前面,后面摩擦所做的功都轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔@種熱就叫做切削熱。同時,切屑,工件已加工表面和刀具間的摩擦,也會消耗一部分功率,從而相應(yīng)的產(chǎn)生熱量。而部分工件加工過程中使用切削液,則刀具,工件和切屑上的切削熱被切削液帶走,部分不適用切削液的工件,擇主要有切屑,工件和刀具帶走,其中切屑帶走絕大部分的熱量,但還是有部分熱量沒能及時帶走,故前刀面和后刀面的溫度就影響著切削過程及刀具的磨損情況,所以了解切削溫度的變化規(guī)律是十分重要的。
3、切削溫度
切削過程中切削區(qū)各處的溫度是不同的,形成一個溫度場切屑和工件的溫度分布,這個溫度場影響切屑變形,積屑瘤的大小,加工表面質(zhì)量,加工精度以及刀具的磨損程度等,還影響切削速度的提高。一般來說,在切削過程中,由于切削力所做的機械工絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能,如果切削熱得不到及時的傳散,則切削區(qū)的平均溫度將大幅度的提升。切削溫度的升高,一方面使得切削區(qū)工件材料的強度,硬度降低,并且使一些耐熱性好,脆性大的刀具材料的韌性有所改善從而切削過程進行比較順利,但更重要的一點是切削溫度的升高,會家督刀具的磨損,使工件及刀具產(chǎn)生熱變形,從而影響加工精度,造成工件表面的熱損傷。
4、影響切屑變形,切削力和切削溫度的因素
影響切屑變形,切削力和切削溫度的因素包括工件材料,切削速度,進給量,切削深度,切削液和刀具前角等。首先工件材料因素,工件材料的強度越大、硬度越高、塑性越小,則產(chǎn)生的切屑變形也就相應(yīng)的小。其次是切削速度,進給量,吃刀深度大家都很了解,這三要素中切削速度影響大。第五是切削液的因素,切削液的冷卻和潤滑功能越好,切屑變形、切削力和切削溫度都會得到改善;第六是前角的影響,前角增大則切屑變形會變小,對切削力影響比較明顯,切削力也會變小,其中在三個方向力中,主要是進給力和背向力收到的影響較大。
二、未來金屬切削刀具的性能要求
1、高效切削
隨著數(shù)控機床的廣泛使用,和現(xiàn)代制造業(yè)的要求逐漸提高,金屬切削刀具已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展要求,如硬質(zhì)合金刀具是近代先研發(fā)出的刀具材料,在早時期數(shù)控機床沒有得到廣泛使用時,線速度350m/min的硬質(zhì)合金刀具可以完全滿足生產(chǎn)需要,但隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅猛發(fā)展和數(shù)控機床的普遍存在,350m/min的線速度肯本不能滿足生產(chǎn),效率太低,如目前批量生產(chǎn)灰鑄鐵的企業(yè)都采用CBN刀具代替硬質(zhì)合金刀具生產(chǎn),線速度可達到1000m/min。
2、綠色切削
所謂的綠色切削就是不用或少用切削液,也可稱之為干式切削,而切削液是金屬切削加工中造成環(huán)境污染的一個重要根源,并且生產(chǎn)中不用或少用切削液,可以減少10%-15%的加工成本,部分零件的總成本可下降55%。
同樣實現(xiàn)綠色切削的關(guān)鍵之處在于刀具,刀具在切削過程中,不僅要承受很大的壓力,而且還要承受加工過程中產(chǎn)生的熱量,如果刀具的性能達不到要求,則會出現(xiàn)快速磨損,甚至崩損。因此綠色切削的刀具材料必須具備較高的硬度和耐熱性,耐磨損性,及較強的抗沖擊性和抗斷裂性能。
三、總結(jié)
隨著人類對資源和環(huán)境保護的逐漸重視,金屬切削加工逐漸的引起人們的關(guān)注,綠色高效切削加工,是制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向,目前雖然已研制出超硬CBN刀具應(yīng)用于金屬加工領(lǐng)域,但和國際形勢相比,還是需要不斷的研究和實踐,故隨著機床技術(shù)及其相關(guān)工藝研究的深入,綠色高效金屬切削加工技術(shù)必將成為金屬切削加工的主要發(fā)展方向。
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