高速加工发展概况.doc

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1、高速加工发展概况1引言高速加工技术是一项先进的制造工艺，并具有广阔的应用前景。但是，就像其它许多技术革新一样，经过相当长的时间，高速加丁基础理论才用于生产。这一过程长达60年，一方面是因为工艺界对这一技术采取了谨慎的态度，另一方面是因为当时的生产设备不适合用来进行高速加:T。2基木理论1931年4月27日，FrienrichKruppAG就金属加工方法和刀具加工材料的材料变化的相似性向徳国专利局屮请了专利，专利号为523594o发明家C.Salomon对不同材料进行切削实验，实验切削速度如下：切削钢铁、非铁材料及轻金属材料，切削速度为440m/min(1444ft/mi

2、n):切削青铜，切削速度为1600m/min(5250ft/min)；切削紫铜，切削速度为2840m/min(9318ft/min)；切削铝，切削速度高达16500m/min(54133ft/min)o实验结果表明，当切削速度超过某一数值时，切削速度再增大，切削温度反而会降低(图1)。Salomon是用圆锯片来做实验研究的，这主要是因为当时还没有高速旋转的电机，因而只能通过加大圆锯片的肓径来得到较高的切削速度(Vc=pdn/1000,m/min)o图1Salomon博L的铳削速度与铳削温度理论但是，对于加工大多数工件来说，却很少使用大直径的刀具。这意味着在实际应用中，高

3、速切削主要是通过高速旋转来达到的。然而，这在当时是不可能做到的。Salomon的基础研究表明，在一定的速度范围内，由于过高的温度导制加T无法进行(这在美国被称为“死区”)。正是因为这个原因，高速加工也可被定义为切削速度超过那个速度范围。按照现有的知识，PTW研究所定义的高速加工为切削速度超过传统加工速度的5〜10倍。3弹射实验大约20年麻，也就是1950年初，更加集中的高速切削研究在世界范围内展开了。从那时起仍然不可能达到高旋转转速加工，于是就采用了弹射实验方法。这些实验，一部分是通过快速滑动使刀具通过工件加T表血，另一部分则是通过弹射工件使它通过静止的切削刃。从这些实

4、验屮发现，高速切削下切屑形状与常规切削条件下不同。同时，还建立了有关特殊切削压力和动态切削力的公式，并佶史以来第一次科学的证实了在低速切削区，切削力随切削速度的提高而增大，但当切削速度大到一定稈度后，切削力会急剧下降。此外，研究表明，随肴切削速度的提高，切屑渐渐变得不连续。在川枪将T件沿固定的切削刃弹射出的实验屮,发现材料超出了册性特性区，切屑由于脆性断裂而成形。20世纪60年代早期，美国大量的研究表明，只要解决切削过稈屮严重的刀具序损和机床振动，生产效率会大大提高，生产成木也会显著降低。在一项研究屮还发现，切削铝时切削速度超过6500m/min很有研究价值。在口木，大

5、部分研究集屮在切屑变形理论和变形机理。到80年代早期，高速主轴用于加工屮心Z后,高速加工的理论不仅得到进一步发展，而且也能用于实际生产屮。图2高速切削技术发展甲程碑4高速主轴的M用1977年，美国第一次通过铳削速度高达1980m/min的铳床证实了射击试验的结果与理论分析结论，同时试验结果也表明，切削表面质量明显提高。这些试验中的另一重大发现是高速切削过稈屮产生的切削热大部分被切屑带走了。1979年,美国空军和通用电气公司(GE)合作研究高速切削各因素Z间的关系以及如何将高速切削用于生产。研究表明，切削铝合金的最佳切削速度范围是1500〜4500m/mino另外还建立了

6、高速切削加工刀具的目录。美国所开展的这些研究主要集屮在对轻金属的高速加工，仅有少数儿项试验用来研究钢及铸铁的高速加工。对其它一些材料如：加工性较并的钢、纤维增强型犁料等等的高速试验却很少。20世纪70年代末以前，缺乏从幣体上对高速切削慕础全面系统的研究，也没有对原因与效果2间的工艺关系的探索，对这项金属切削新技术对金属切削有关零件所造成的影响,也缺乏深人的研究。5欧洲的研究情况Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所(PTW)是欧洲第一个开展高速加工技术研究的研究屮心。1979年该屮心开展一合作研究项目——高速铳削过程特点研究，研究重点是磁悬浮轴承对高速转轴发展的

7、技术支持，并在机床上进行实际测试。通过使用这一由磁悬浮轴承支承的转轴，1980年终于实现了可用切削速度的重大突破。这一突破使得早期由射击试验得出的理论得到证实，并增加一些关于刀具及机床组件发展的内容。经过不断的研究，现在在高速切削技术的理论和应用技术方血，PTW的研究水平超过了其它任何一个研究机构。1981年，所谓的“专家们”声称这一新切削技术根木没有应用前途，因为他们认为增加单位时间内金屈去除率，刀具磨损会加大，这样加工过程的经济性不一定很好。现在我们看到当时对高速加工技术持否定观点的“专家们”都接受了这一技术，并积极支持这一技术的发展