机械加工开展的总趋势是高功率、高精度、高柔性和强化环境意识。在机械加工范畴,切(磨)削加工是运用***广泛的加工办法。
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高速切削是切削加工的开展方向,已成为切削加工的干流。它是***制造技能的重要共性关键技能,推广运用高速切削技能将大幅度前进出产功率和加工质量并降低成本。
高速切削技能的开展和运用决定于机床和刀具技能的前进,其间刀具资料的前进起决定性的效果。研讨表明,高速切削时,跟着切削速度的前进,切削力减小,切削温度上升很高,达到必定值后上升逐步趋缓。
造成刀具损坏***主要的原因是切削力和切削温度效果下的机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等磨损和破损,因而高速切削刀具资料***主要的要求是高温时的力学功能、热物理功能、抗粘结功能、化学稳定性(氧化性、分散性、溶解度等)和抗热震功能以及抗涂层决裂功能等。
根据这一要求,近20多年来,开展了一批适于高速切削的刀具资料,可在不同切削条件下,切削加工各种工件资料。虽然咱们总是期望得到既有高的硬度以确保刀具的耐磨性,又有高的耐性来防止刀具的碎裂,但现在的技能开展还没有找到如此优越功能的刀具资料,鱼于熊掌无法兼得。
因而,咱们会在实践中按照需求选用更合适的刀具材科,粗加工时优先考虑刀具资料的耐性,精加工时优先考虑刀具资料的硬度。当然人们还期待着以超高切削速度进行加工而取得更好的效果。下面仅就常见的工件资料及刀具的相关情况做如下简单介绍。
铝合金
01
1.1 易切削铝合金
该资料在航空航天工业运用较多,适用的刀具有K10、K20、PCD,切削速度在2000~4000m/min,进给量在3~12m/min,刀具前角为12°~18°,后角为10°~18°,刃倾角可达25°。
1.2 铸铝合金
铸铝合金根据其Si含量的不同,选用的刀具也不同。
对Si含量小于12%的铸铝合金可选用K10、Si3N4刀具,当Si含量大于12%时,可选用PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及CVD金刚石涂层刀具。
关于Si含量达16%~18%的过硅吕合金,蕞好选用PCD或CVD金刚石涂层刀具,其切削速度可在1100m/min,进给量为0.125mm/r。
铸 铁
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对铸件,切削速度大于350m/min时,称为高速加工,切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时,可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度在510~2000m/min时,可选用Si3N4淘瓷刀具;切削速度在2000~4500m/min时,可运用CBN刀具。铸件的金相***对高速切削刀具的选用有必定影响,加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/min时,可运用CBN或Si3N4,当以铁素体为主时,由于分散磨损的原因,使刀具磨损严峻,不宜运用CBN,而应选用淘瓷刀具。
如粘结相为金属Co,晶粒尺度平均为3?m,CBN含量大于90%~95%的BZN6000在V=700m/min时,宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷(AlN AlB2)、晶粒尺度平均为10?m、CBN含量为90%~95%的Amborite刀片,在加工高珠光体含量的灰铸铁时,在切削速度小于1100m/min时,随切削速度的增加,刀具寿数也增加。
一般钢
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切削速度对钢的表面质量有较大的影响,据研讨,其蕞佳切削速度为500~800m/min。现在,涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具资料。其间涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层办法出产的TiN涂层刀具其耐磨功能比用CVD涂层法出产的涂层刀具要好,因为前者可很好地坚持刃口形状,使加工零件取得较高的精度和表面质量。
金属淘瓷刀具现在占市场份额较大,以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好,但抗弯强度及导热性差,适于切削速度在400~800m/min的小进给量、小切深的精加工:用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来,用TiN来增加金属陶瓷的耐性,其加工钢或铸铁的切深可达2~3mm。
高硬度钢
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高硬度钢(HR***0~70)的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。金属陶瓷可用基本成分为TiC增加TiN的金属陶瓷,其硬度和断裂耐性与硬质合金大致相当,而导热系数不到硬质合金的1/1O,并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。
别的其高温下机械功能好,与钢的亲和力小,适合于中高速(在200m/min左右)的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。选用淘瓷刀具可切削硬度达63HRC的工件资料,如进行工件淬火后再切削,实现“以切代磨”。切削淬火硬度达48~58HRC的45钢时,切削速度可取150~18Om/min,进给量在O.3~0.4min/r,切深可取2~4mm。粒度在1?m,TiC含量在20%~30%的Al203-TiC淘瓷刀具,在切削速度为100m/min左右时,可用于加工具有较高抗剥落功能的高硬度钢。当切削速度高于1000m/min时,PCBN是蕞佳刀具资料,CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢(如55HRC的H13工具钢)。
高温镍基合金
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Inconel 718镍基合金是典型的难加工资料,具有较高的高温强度、动态剪切强度,热分散系数较小,切削时易产生加工硬化,这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时,主要运用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在100~300m/min时可取得较长的刀具寿数,切削速度高于500m/min时,增加TiC氧化铝淘瓷刀具磨损较小,而在100~300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel 718合金的加工。一般认为,SiC晶须增强陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削条件为:切削速度700m/min,硬质合金非标刀具,切深为1~2mm,进给量为O.1~0.18mm/z。氦氧化硅吕(Sialon)陶瓷耐性很高,适合于切削过固溶处理的Inconel718(45HRC)合金,Al203-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金。
钛合金
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钛合金强度、冲击耐性大,硬度稍低于Inconel 718,但其加工硬化十分严峻,故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严峻的现象。实验得出,用直径10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀(螺旋角为30°)高速铣削钛合金,可达到满意的刀具寿数,切削速度可高达628m/min,每齿进给量可取O.06~0.12mm/z,连续高速车削钛合金的切削速度不宜超越200m/min。
复合资料
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航天用的***复合资料,以往用硬质合金和PCD,硬质合金的切削速度受到限制,而在900℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速刚刀体焊接处熔化,用淘瓷刀具则可实现300m/min左右的高速切削。
高速切削技能已成为切削加工的干流,加快其推广运用,将会发明巨大经济效益。高速切削刀具资料对开展和运用高速切削技能具有决定性效果。超硬刀具资料(PCD与CBN)、淘瓷刀具、TiC(N)基硬质合金刀具(金属陶瓷)和涂层刀具等四大类高速切削刀具资料各有其特性和运用范围,它们相互配合,彼此竞争,推进高速切削技能的开展和运用。
在现代工业出产中,运用数控车床加工螺纹,能大大前进出产功率、保证螺纹加工精度,减轻操作工人的劳动强度。但在高职院校的数控车床实习训练教育中普遍存在如下现象:部分教师和绝大多数学生对螺纹加工感到扎手,特别是加工多头螺纹,更加莫衷一是。下面通过螺纹零件的实践加工分析,阐述多头螺纹的加工步骤和办法。
一、螺纹的底子特性
在机械制造中,螺纹联接被广泛运用,甘肃非标刀具,例如数控车床的主轴与卡盘的联合,方刀架上螺钉对刀具的稳固,丝杠螺母的传动等。它是在圆柱或圆锥外表上沿着螺旋线所构成的具有规定牙型的接连凸起和沟槽,有外螺纹和内螺纹两种。按照螺纹剖面形状的不同,主要有三角螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和矩形螺纹四种。按照螺纹的线数不同,又可分为单线螺纹和多线螺纹。在各种机械中,螺纹零件的作用主要有以下几点:一是用于联接、紧固;二是用于传递动力,改动运动形式。三角螺纹常用于联接、稳固;梯形螺纹和矩形螺纹常用于传递动力,改动运动形式。由于用处不同,它们的技能要求和加工办法也不一样。
二、加工办法
螺纹的加工,跟着科学技能的开展,除选用一般机床加工外,常选用数控机床加工。这样既能减轻加工螺纹的加工难度又能前进作业功率,并且能保证螺纹加工质量。数控机床加工螺纹常用G32、G92和G76三条指令。其间指令G32用于加工单行程螺纹,编程任务重,非标刀具加工,程序复杂;而选用指令G92,可以结束简略螺纹切削循环,使程序修改大为简化,但要求工件坯料事前有必要通过粗加工。指令G76,克服了指令G92的缺点,可以将工件从坯料到制品螺纹一次性加工结束。且程序简捷,可节约编程时间。
在一般车床上进行多头螺纹车削一直是一个加工难点:当地一条螺纹车成之后,需求手动进给小刀架并用百分表校正,使刀尖沿轴向准确移动一个螺距再加工第二条螺纹;或许打开挂轮箱,调整齿轮啮合相位,再顺次加工其他各头螺纹。受一般车床丝杠螺距过失、挂轮箱传动过失、小拖板移动过失等多方面的影响,多头螺纹的导程和螺距难以到达很高的精度。并且,在整个加工进程中,不可避免地存在刀具磨损甚至打刀等问题,一旦换刀,新刀有必要准判***在未结束的那条螺纹线上。这一切都要求操作者具有丰富的经历和高明的技能。可是,在批量出产中,单靠操作者的个人经历和技能是不能保证出产功率和产品质量的。在制造业现代化的今日,高精度数控机床和高性能数控系统的运用使许多一般机床和传统工艺难以操控的精度变得容易结束,并且出产功率和产品质量也得到了很大程度的保证。
三、实例分析
现以FANUC系统的GSK980T车床,加工螺纹M30×3/2-5g6g为例,阐明多头螺纹的数控加工进程:
工件要求:螺纹长度为25mm,两头倒角为2×45°、牙外表粗糙度为Ra3.2的螺纹。选用的材料是为45#圆钢坯料。
1.准备作业。通过对加工零件的分析,运用车工手册查找M30×3/2-5g6g的各项底子参数:该工件是导程为3mm纹且螺距为1.5(该参数是查表的重要根据)的双线螺;大径为30,公差带为6g,查得其标准上过失为-0.032、下过失为-0.268、公差有0.236,公差要求较松;中径为29.026,公差带为5 g,查得其标准上过失为-0.032、下过失为-0.150,公差为0.118,公差要求较紧;小径按照大径减去车削深度判定。螺纹的总背吃刀量ap与螺距的联系近经历公式ap≈0.65P,每次的背吃刀量按照初精加工及材料来判定。大径是车削螺纹毛坏外圆的编程根据,中径是螺纹标准检测的规范和调试螺纹程序的根据,小径是编制螺纹加工程序的根据。两头留有必定标准的车刀退刀槽。
2、正确挑选加工刀具。螺纹车刀的品种、材质较多,挑选时要根据被加工材料的品种合理选用,材料的商标要根据不同的加工阶段来判定。关于45#圆钢材质,宜选用YT15硬质合金车刀,该刀具材料既适合于粗加工也适合于精加工,通用性较强,对数控车床加工螺纹而言是比较适合的。别的,还需求考虑螺纹的形状过失与磨制的螺纹车刀的视点、对称度。车削45钢螺纹,刃倾角为10°,主后角为6°,副后角为4°,刀尖角为59°16’,左右刃为直线,而刀尖圆弧半径则由公式R=0.144P判定(其间P为螺距),刀尖圆角半径很小在磨制时要特别仔细。
四、多头螺纹加工办法及程序设计
多头螺纹的编程办法和单头螺纹相似,选用改动切削螺纹初始位置或初始角来结束。假定毛坯已经按要求加工,螺纹车刀为T0303,选用如下两种办法来进行编程加工。
1.用G92指令来加工圆柱型多头螺纹。G92指令是简略螺纹切削循环指令,我们可以运用先加工一个单线螺纹,然后根据多头螺纹的结构特性,在Z轴方向上移过一个螺距,然后结束多头螺纹的加工。程序修改如图。(工件原点设在右端面中心)
2.用G33指令来加工圆柱型多头螺纹。用G33指令来编程时,除了考虑螺纹导程(F值)外,还要考虑螺纹的头数(P值)来阐明螺纹轴向的分度角。
式中:X、Z——决对标准编程的螺纹结束坐标(选用直径编程)。
U、W——增量标准编程的螺纹结束坐标(选用直径编程)
F——螺纹的导程
P——螺纹的头数
3.多头螺纹加工的操控要素。在运用程序加工多头中,要特别注意对以下问题的操控:(1)主轴转速S280的判定。由于数控车床加工螺纹是依托主轴编码器作业的,主轴编码器对不同导程的螺纹在加工时的主轴转速有一个极限识别要求,要用经历公式S 1200/P-80来判定(式中P为螺纹的导程),S不能超过320r/min,故取S280 r/min。(2)外表粗糙度要求。螺纹加工的***终一刀底子选用重复切削的办法,这样可以获得更润滑的牙外表,到达Ra3.2要求。(3)批量加工进程操控。对试件切削运转程序之前除正常要求对刀外,在FANUC数控系统中要设定刀具磨损值在0.3~0.6之间,地一次加工完后用螺纹千分尺进行精细测量并记载数据,将磨损值减少0.2,进行第2次主动加工,并将测量数据记载,今后将磨损补偿值的递减崎岖减少并查询它的减幅与中径的减幅的联系,重复进行,直至将中径标准调试到公差带的中心为止。在今后的批量加工中,标准的改动可以用螺纹环规抽检,并通过更改程序中的X数据,也可以通过调整刀具磨损值进行补偿。
一、高温合金的概念、原理和分类
高温合金一般是指能在600~1200℃的高温下抗痒化、抗腐蚀、抗蠕变,并能在较高的机械应力效果下长期作业的合金资料。
高温合金强调的不是耐受温度指标,耐受温度比高温合金高的资料有很多,比如难熔合金、陶瓷及碳碳复合资料等。高温合金***底子的特性在于必定温度下所具有的高强度。以一般的修建用钢材为例,它在室温下强度很高,但在修建***焚烧时强度会急剧下降,从而导致修建坍塌。高温合金的长处是,在600~1200℃的高温下,它仍然能坚持极高的强度和硬度以接受较高的载荷。因而俄罗斯将其称为热强合金,而欧美称之为超合金(superalloy)。
一般钢材含有十多种化学元素,而高温合金一般含有超越30-40种元素,高温合金之所以能在高温下坚持较高的强度和硬度首要原因在于这些元素在安排中发挥着强化金属功能的效果。
高温合金的分类有多种:1)按制造工艺分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温冶金三类。2)按合金的首要元素分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金三类。3)按强化办法分为固溶强化、时效强化、氧化物弥散强化和晶界强化等。
以工艺分类来看,变形高温合金运用规划***广,占比达70%,其次是铸造高温合金,占比20%。以合金首要元素来看,镍基高温合金运用规划***广,占比达80%,其次为镍-铁基,占比14.3%,钴基占比***少,占比5.7%。
二、高温合金展开进程及概略
高温合金***早诞生于20世纪初期的美国,被用作车站的防腐支架。从***开端,高温合金的研发进入了高速展开时期,镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金纷纷研发成功,并大量运用。现在镍基高温合金是现代航空发起机、航天器和火箭发起机以及舰船和工业燃气轮机的要害热端部件资料(如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮盘、焚烧室等),也是核反应堆、化工设备、煤转化技能等方面需求的重要高温结构资料。
高温合金的展开首要阅历了几个阶段:二十世纪40时代以前提出概念,40-50时代实现在喷气发起机的运用,50-60时代在真空熔炼技能取得重大进展,60-70时代会集在合金化方面,70时代后首要在工艺研讨方面,定向凝结、单晶合金、粉末冶金、机械合金化和陶瓷过滤等新工艺成为高温合金展开的首要动力,其间定向凝结工艺制备的单晶合金尤为重要,在航空发起机涡轮叶片中运用尤为广泛。二十世纪80时代以来,国内外广泛展开数值模仿研讨,取得了重要进展,并在此基础上展开了显微安排及冶金缺点猜测研讨。
三、镍基高温合金
在整个高温合金领域中,镍基高温合金占有特别重要的地位,与铁基和钴基合金比较,镍基合金具有更好的高温功能、良好的抗痒化和抗腐蚀功能。镍基高温合金是高温合金中运用***广、高温强度蕞高的一类合金。其首要原因,一是镍基合金中能够溶解较多合金元素,且能坚持较好的安排安稳性;二是能够构成共格有序的A3B型金属间化合物[Ni3(Al,Ti)]相作为强化相,使合金得到有用强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是含铬的镍基高温合金具有比铁基高温合金更好的抗痒化和抗燃气腐蚀才能。能够说,镍基高温合金的展开决定了航空涡轮发起机的展开,也决定了航空工业的展开。选用定向凝结技能制备出的镍基单晶合金,其运用温度已接近合金熔点的90%,成为今世***航空发起机热端部件不行替代的重要结构资料。
镍基高温合金含有十多种元素,增加合金元素对高温合金的功能起要害的效果。以铸造镍基高温合金为例,铸造镍基高温合金以γ相为基体,增加铝、钛、铌、钽等构成γ’相进行强化,γ’相数量较多,有的合金高达60%;参加钴元素能前进γ’相溶解温度,前进合金的运用温度;钼、钨、铬具有强化固溶体的效果,铬、钼、钽还能构成一系列对晶界发生强化效果的碳化物;铝、铬有助于抗痒化才能,但铬下降γ’相的溶解度和高温强度,因而铬含量应低些;铪改进合金中温塑性和强度;为了强化晶界,增加适量的硼、锆等元素。研讨标明,GMR235铸态合金的含碳量为0.18%时,高温耐久寿数和抗拉强度蕞大,且具有较好的塑性,增加硼和锆的合金耐久性明显改进,合金的枝晶距离削减,碳化物的析出量削减且碳化物颗粒细化,从而改进各方面功能。
镍基高温合金是20世纪30时代后期开端研发的。英国于1941年首先出产出镍基高温合金Nimonic75;为了前进蠕变性又增加了铝,研发出Nimonic80。美国于40时代中期,苏联于40时代后期,我国于50时代中期也研发出镍基合金。
镍基合金的展开包含两个方面:合金成分的改进和出产工艺的改造。50时代初,真空熔炼技能的展开,为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50时代后期,因为涡轮叶片作业温度的前进,要求合金有更高的高温温度,可是合金的强度高了,就难以变形,乃至不能变形,于是选用熔模精细铸造工艺,展开出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60时代中期展开出功能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满意舰船和工业燃气轮机的需求,60时代以来还展开出一批抗热腐蚀功能较好、安排安稳的高铬镍基合金。在从40时代初到70时代末大约40年的时间内,镍基合金的作业温度从700℃前进到1100℃,平均每年前进10°C左右。
镍基高温合金按照制造工艺,可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金。
3.1 变形高温合金
变形高温合金是高温合金中运用***广的一类,占比到达70%。变形高温合金首要选用常规的锻、轧和揉捏等冷、热变形手段加工成材。我国镍基变形高温合金以拼音字母GH加序号表明,如GH4169、GH141等。
变形高温合金塑性较低,变形抗力大,运用一般的热加工手段变形有必定困难,因而需求采纳钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套墩饼等新工艺来加工,也选用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来前进塑性。
变形高温合金在航空发起机中至今仍然是首要用材。其间GH4169在我国航空发起机中已得到广泛运用,合金非标刀具,被称为高温合金中的***。其材质水平和加工工艺水平近年来得到明显前进。GH4169合金的冶金产品有不同标准的锻棒、热轧棒、冷拉棒、板、带、丝、管和锻件,制造的零件有各类盘、转子、环、机匣、轴、紧固件、弹性元件、阻尼元件等。
3.2 铸造高温合金
跟着运用温度和强度的前进,高温合金的合金化程度越来越高,热加工成形越来越困难,必须选用铸造工艺进行出产。另外,选用冷却技能的空心叶片的内部杂乱型腔,只能选用精细铸造工艺才能出产,因而镍基铸造高温合金在实际出产运用中不行缺少。铸造高温合金运用也较为广泛,占比约20%。国内的铸造高温合金以“K”加序号表明,如K1、K2等。
按结晶办法,铸造高温合金又能够分为多晶铸造高温合金、定向凝结铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。铸造高温合金的特点是:1)具有更宽的成分规划。因为不用统筹变形加工功能,合金的规划能够会集考虑优化其运用功能。2)具有更广阔的运用领域。因为铸造办法具有的特别长处,可依据零件的运用需求,规划、制造出近终型或无余量的具有任意杂乱结构和形状的高温合金铸件。
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