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鉆孔存在哪些問題?

20世紀80年代以來,隨著全球市場競爭的日益激烈,各國紛紛開展先進制造技術的研發,以期獲得技術優勢。隨著信息技術的不斷發展,先進制造技術壹方面發展了基於數控機床的自動化加工技術,另壹方面發展了各種新的加工方法和技術,如(超)高速切削、幹切削、硬切削和(超)精密切削。微機械(或微器件)是另壹個新的研究領域,其加工技術的發展具有很大的工業應用前景。虛擬切割技術是在計算機上借助虛擬現實、三維建模和仿真技術,檢驗產品的設計合理性和可加工性,模擬和仿真產品的加工過程,預測產品的加工質量、制造周期和性能,以便及時修改設計,縮短產品的開發周期,獲得最佳的產品質量、最低的生產成本和最短的開發周期。本文主要綜述了(超)高速切削、幹切削、硬切削、(超)精密切削和虛擬切削的主要研究內容和關鍵技術。

2高速切削技術

提高切割速度壹直是切割界高度重視並為之不懈努力的重要目標。雖然國內外專家對高速切削中切削速度的定義尚未達成* *認識,但普遍認為高速切削中的切削速度比常規切削高5~10倍。

高速切削技術是在機床結構與材料、機床設計與制造技術、高速主軸系統、快速進給系統、高性能數控控制系統、高性能刀架系統、高性能刀具材料與刀具設計與制造技術、高效高精度測量與測試技術、高速切削機理、高速切削技術等諸多相關軟硬件技術綜合應用的基礎上發展起來的。因此,高速切削是壹項復雜的系統工程,高速切削技術體系是機床、刀具、工件、加工工藝、切削過程監控和切削機理的有機集成。

高速切削具有以下特點:①切削力隨切削速度的增加而減小;②切削產生的熱量大部分被切屑帶走;③提高了加工表面的質量;④在高速切削範圍內,機床的激勵頻率遠離工藝系統的固有頻率範圍。以上特點有利於提高生產效率;有利於提高工件的加工精度和表面質量;有利於減少模具加工中的手工打磨;有利於減少工件的變形;有利於小直徑刀具的使用;有利於加工薄壁零件和脆性材料;有利於較大零件的加工;可替代其他加工工藝(如磨削),並獲得顯著的經濟效益。但隨著切削速度的提高,刀具壽命會降低。

目前,高速切削技術已被積極應用於航空制造(尤其是大型整體鋁合金薄壁飛機結構的加工)、模具制造、汽車制造等行業。在實際生產應用中,應根據具體加工條件合理選擇高速機床和加工工藝。不同的生產領域和加工對象對高速機床有不同的性能要求和適用的加工方法。適合高速加工的工件材料包括鋁合金、鋼、鑄鐵、鉛、銅和銅合金等。隨著高速加工技術的發展,適用材料的範圍進壹步拓寬到模具鋼、鈦合金、不銹鋼、鎳基合金、纖維增強合成樹脂等難加工材料。目前,幾乎所有能用傳統切削技術加工的工件材料都可以高速加工,而用傳統切削技術難以加工的工件材料(如鎳基合金、鈦合金、玻璃鋼等。)在高速切割條件下會變得容易切割。常見工件材料的高速切削速度範圍見表1。

表1不同工件材料對應的(超)高速切削線速度範圍

工件材料-高速切削速度(米/分鐘)-超高速切削速度(米/分鐘)

纖維增強塑料-1000 ~ 8000-> 8000

鋁合金-1000 ~ 7000-> 7000

銅合金-900 ~ 5000-> 5000

灰鑄鐵-800 ~ 3000-> 3000

鋼-500 ~ 2000-> 2000

鈦合金-100 ~ 1000-> 1000

目前高速切削技術主要應用於車銑加工。隨著各類高速切削機床的發展,高速切削技術的範圍將進壹步擴大,高速切削將覆蓋所有傳統加工類別,包括從粗加工到精加工,從車銑到鏜孔、鉆孔、拉削、鉸孔、攻絲和滾齒。各種加工工藝對應的高速切削速度範圍見表2。

表2不同加工工藝對應的高速切削線速度範圍

加工技術-高速切削速度(米/分鐘)

轉動-700 ~ 7000

銑削-300 ~ 6000

鉆孔-200 ~ 1100

拉削-30° ~ 75°

鉸孔-20 ~ 500

3幹切削技術

在切削加工中,切削液的使用可以在降低切削溫度、斷屑排屑、提高零件加工質量等方面發揮重要作用,但也存在諸多弊端,如:切削液系統的購買、使用和維護需要花費大量資金,增加了加工成本;切削液需要定期更換,添加防腐劑,增加了加工輔助時間;由於切削液充型過程的不連續性和冷卻程度的不均勻性,使刀具產生不規則的冷熱交替變化,容易造成刀片的裂紋和刀具的損壞,從而降低刀具的使用壽命;切削液是機械加工中的重要汙染源,會汙染空氣、水和土壤,需要大量資金進行保護和治理。切削液中的有害物質也對工人的健康和安全有害。因此,作為壹種綠色制造工藝,幹切削技術應運而生。

由於切削液缺乏潤滑、冷卻、沖洗和排屑功能,幹切削導致刀具與工件和切屑之間的摩擦增大,切削力增大,切屑變形加劇,切削熱急劇增加,導致切削區溫度顯著升高,刀具耐用度下降,工件加工質量難以保證。為了使幹切削過程順利進行,達到甚至超過濕切削時的加工質量、生產率和刀具耐用度,需要分析幹切削的各種具體邊界條件和影響幹切削的各種因素,尋求相應的技術解決方案和措施,彌補不使用切削液的缺陷。例如,幹切削刀具材料必須具有極高的紅硬性和熱韌性,良好的耐磨性、抗熱震性和抗粘附性。聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬刀具、陶瓷刀具和塗層刀具可以滿足幹切削的要求。有些刀具塗層材料具有類似切削液的功能,可以隔絕切削熱,長時間保持刀尖的硬度和鋒利度,使刀具材料不容易發生化學反應。此外,還應根據不同的工件材料和切削參數設計刀具結構、幾何參數和相應的斷屑器,以滿足幹切削的加工要求。幹切削對加工機床的特殊要求主要是保證快速散熱和排屑。

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