【文章內容簡介】 體的三維模型隨著切削過程被不斷更新。 Sungurtekin 和 Velcker 開發(fā)了一個銑床的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 CSG 法來記錄毛坯的三維模型，利用一些基本圖元如長方體、圓柱體、圓錐體等，和集合運算，特別是并運算，將毛坯和一系列刀具掃描過的區(qū)域記錄下來，然后應用集合差運算從毛坯中順序除去掃描過 的區(qū)域。所謂被掃過的區(qū)域是指切削刀具沿某一軌跡運動時所走過的區(qū)域。在掃描了每段 NC 代碼后顯示變化了的毛坯形狀。 Kawashima 等的接合樹法將毛坯和切削區(qū)域用接合樹（ graftree）表示，即除了空和滿兩種結點，邊界結點也作為八叉樹（ octtree）的葉結點，接合樹的數(shù)據(jù)結構如圖 2。邊界結點包含半空間，結點物體利用在這些半空間上的 CSG 操作來表示。接合樹細分的層次由邊界結點允許的半空間個數(shù)決定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削區(qū)域的差運算來實現(xiàn)。毛坯的顯示采用了深度緩沖區(qū)算法，將毛 坯劃分為多邊形實現(xiàn)毛坯的可 視化。用基于實體造型的方法實現(xiàn)連續(xù)更新的毛坯的實時可視化，耗時太長，于是一些基于觀察的方法被提出來。 （ 4） 基于圖像空間的方法 這種方法用圖像空間的消隱算法來實現(xiàn)實體布爾運算。 Van Hook 采用圖象空間離散法實現(xiàn)了加工過程的動態(tài)圖形仿真。他使用類似圖形消隱的 z_buffer思想，沿視線方向將毛坯和刀具離散，在每個屏幕象素上毛坯和刀具表示為沿 z軸的一個長方體，稱為 Dexel 結構。刀具切削毛坯的過程簡化為沿視線方向上的一維布爾運算，見圖 3，切削過程就變成兩者 Dexel 結構的比較： CASE 1：只有毛坯，顯示毛坯， break； CASE 2：毛坯完全在刀具之后，顯示刀具， break； CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的 dexel 結構，顯示刀具， break； CASE 4：刀具切削毛坯內部，刪除毛坯的 dexel 結構，顯示刀具， break； CASE 5：刀具切削毛坯內部，創(chuàng)建新的毛坯 dexel 結構，顯示毛坯， break； CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的 dexel 結構，顯示毛坯， break； CASE 7：刀具完全在毛坯之后，顯示毛坯， break； CASE 8：只有刀具，顯示刀具， break。 這種方法將實體布爾運算和圖形顯示過程合為一體，使仿真圖形顯示有很好的實時性。 Hsu 和 Yang 提出了一種有效的三軸銑削的實時仿真方法。他們使用z_map 作為基本數(shù)據(jù)結構，記錄一個二維網(wǎng)格的每個方塊處的毛坯高度，即 z向值。這種數(shù)據(jù)結構只適用于刀軸 z 向的三軸銑削仿真。對每個銑削操作通過改變刀具運動每一點的深度值，很容易更新 z_map 值，并更新工件的圖形顯示。 離散矢量求交法 由于現(xiàn)有的實體造型技術未涉及公差和曲面的偏置表示，而像素空間布爾運算并不精確， 使仿真驗證有很大的局限性。為此 Chappel 提出了一種基于曲面技術的 “點 矢量 ”(pointvector)法。這種方法將曲面按一定精度離散，用這些離散點來表示該曲面。以每個離散點的法矢為該點的矢量方向，延長與工件的外表面相交。通過仿真刀具的切削過程，計算各個離散點沿法矢到刀具的距離 s。設 sg和 sm 分別為曲面加工的內、外偏差，如果 sgsm 則漏切。該方法分為被切削曲面的離散 (discretization)、檢測點的定位（ location）和離散點矢量與工件實體的求交 (intersection)三個過程。采用圖 像映射的方法顯示加工誤差圖形；零件表面的加工誤差可以精確地描寫出來。 總體來說，基于實體造型的方法中幾何模型的表達與實際加工過程相一致，使得仿真的最終結果與設計產品間的精確比較成為可能；但實體造型的技術要求高，計算量大，在目前的計算機實用環(huán)境下較難應用于實時檢測和動態(tài)模擬?；趫D像空間的方法速度快得多，能夠實現(xiàn)實時仿真，但由于原始數(shù)據(jù)都已轉化為像素值，不易進行精確的檢測。離散矢量求交法基于零件的表面處理，能精確描述零件面的加工誤差，主要用于曲面加工的誤差檢測。 三 、 什么是不銹鋼？ 通常，人們把含鉻量大于 12%或含鎳量大于 8%的合金鋼叫不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質中具有一定的耐蝕能力，并在較高溫度 (450℃ )下具有較高的強度。含鉻量達 16%～ 18%的鋼稱為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，習慣上通稱為不銹鋼。 鋼中含鉻量達 12%以上時，在與氧化性介質接觸中，由于電化學作用，表面很快形成一層富鉻的鈍化膜，保護金屬內部不受腐蝕；但在非氧化性腐蝕介質中，仍不易形成堅固的鈍化膜。為了提高鋼的耐蝕能力，通常增大鉻的比例或添加可以促進鈍化的合金元素，加 Ni、 Mo、 Mn、 Cu、 Nb、 Ti、 W、 Co 等，這些元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時改變了鋼的內部組織以及物理力學性能。這些合金元素在鋼中的含量不同，對不銹鋼的性能產生不同的影響，有的有磁性，有的無磁性，有的能夠進行熱處理，有的則不能熱處理。 由于不銹鋼所具有的上述特性，越來越廣泛地應用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工業(yè)部門及日常生活中。所含的合金元素對切削加工性影響很大，有的甚至很難切削。 不銹鋼 的 分類？ 不銹鋼按其成分，可分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類。 工業(yè)上常用的不銹鋼一般按金相組織 分類，可分為以下五大類： （ 1） 馬氏體不銹鋼： 含鉻量 12%～ 18%，含碳量 %～ %(有時達1%)，常見的有 1Cr1 2Cr1 3Cr1 4Cr1 1Cr17Ni 9Cr19Cr18MoV、 30Cr13Mo 等。 （ 2） 鐵素體不銹鋼： 含鉻量 12%～ 30%，常見的有 0Cr1 0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、 1Cr1 1Cr17Ti、 1Cr17M02Ti、 1Cr25Ti、 1Cr28 等。 （ 3） 奧氏體不銹鋼： 含絡量 12%～ 25%，含鎳量 7%～ 20%(或 20%以上 )，最典型的代表是 1Cr18Ni9Ti，常見的還有 00Cr18Ni 00Cr18Ni14Mo2Cu0Cr18Ni12Mo2Ti、 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、 0Cr23Ni28M03Cu3Ti、 1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni 1Cr18Mn8Ni5N 等。 （ 4） 奧氏體 +鐵素體不銹鋼： 與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量的鐵素體，常見的有 0Cr21Ni5Ti、 1Cr21Ni5Ti、 1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13Mo2N、 1Cr17Mn9Ni3M03Cu2N、 Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi 等。 （ 5） 沉淀硬化不銹鋼： 含有較高的鉻、鎳和很低的碳，常見的有0Cr17Ni4Cu4Nb、 0Cr17Ni7Al、 0Cr15Ni7M02Al 等。 前兩類為鉻不銹鋼，后三類為鉻鎳不銹鋼。 不銹鋼 的 物理、力學性能？ (1) 馬氏體不銹鋼： 能進行淬火，淬火后具有較高的硬度、強度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但內應力大且脆。經(jīng)低溫回火后可消除其應力，提高塑性，切削加工較困難，有切屑擦傷或粘結的明顯趨向，刀具易磨損。 當鋼中含碳量低于 %時，組織不均勻，粘附性強，切削時容易 產生積屑瘤，且斷屑困難，工件已加工表面質量低。含碳量達 %～ %時，切削加工性較好。 馬氏體不銹鋼經(jīng)調質處理后，可獲得優(yōu)良的綜合力學性能，其切削加工性比退火狀態(tài)有很大改善。 (2)鐵素體不銹鋼： 加熱冷卻時組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，故熱處理不能使其強化，只能靠變形強化，性能較脆，切削加工性一般較好。切屑呈帶狀，切屑容易擦傷或粘結于切削刃上，從而增大切削力，切削溫度升高，同時可能使工件表面產生撕裂現(xiàn)象。 (3)奧氏體不銹鋼： 由于含有較多的鎳 (或錳 )，加熱時組織不變，故淬火不能使其強化，可略改善其加工性。通過冷加工 硬化可大幅度提高強度，如果再經(jīng)時效處理，抗拉強度可達 2550～ 2740 MPa。 奧氏體不銹鋼切削時的帶狀切屑連綿不斷，斷屑困難，極易產生加工硬化，硬化層給下一次切削帶來很大難度，使刀具急劇磨損，刀具耐用度大幅度下降。 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學性能，良好的耐蝕能力，較突出的是冷變形能力，無磁性。 (4)奧氏體 +鐵素體不銹鋼： 有硬度極高的金屬間化合物析出，強度比奧氏體不銹鋼高，其切削加工性更差。 (5)沉淀硬化不銹鋼： 含有能起沉淀硬化的鉈、鋁、鉬、鈦等合金元素，它們在回火時時效析出，產生沉淀硬化，使鋼具有很高的 強度和硬度。由于含碳量低保證了足夠的含鉻量，因此具有良好的耐腐蝕性能。 不銹鋼 的 切削特點 ? 不銹鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通 45 號鋼的切削加工性作為100%，奧氏體不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 的相對切削加工性為 40%；鐵素體不銹鋼1Cr28 為 48%；馬氏體不銹鋼 2Cr13 為 55%。其中，以奧氏體和奧氏體 +鐵素體不銹鋼的切削加工性最差。不銹鋼在切削過程中有如下幾方面特點： (1) 加工硬化嚴重： 在不銹鋼中，以奧氏體和奧氏體 +鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強度 ?b 達 1470～ 1960MPa，而且隨?b 的提高，屈服極限 ?s 升高；退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼 ?s 不超過的 σb30%～45%，而加工硬化后達 85%～ 95%。加工硬化層的深度可達切削深度的 1/3 或更大；硬化層的硬度比原來的提高 ～ 倍。因為不銹鋼的塑性大，塑性變形時品格歪扭，強化系數(shù)很大；且奧氏體不夠穩(wěn)定，在切削應力的作用下，部分奧氏體會轉變?yōu)轳R氏體；再加上化合物雜質在切削熱的作用下，易于分解呈彌散分布，使切削加工時產生硬化層。前一次進給或前一道工序所產生的加工硬化現(xiàn)象嚴重影響后續(xù)工序的順利進行。 (2)切削力大： 不銹鋼在切削過 程中塑性變形大，尤其是奧氏體不銹鋼 (其伸長率超過 45 號鋼的 倍以上 )，使切削力增加。同時，不銹鋼的加工硬化嚴重，熱強度高，進一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也比較困難。因此加工不銹鋼的切削力大，如車削 1Cr18Ni9Ti 的單位切削力為 2450MPa，比 45 號鋼高25%。 (3)切削溫度高： 切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大，產生的切削熱多；加上不銹鋼的導熱系數(shù)約為 45 號鋼的 189?！?188。，大量切削熱都集中在切削區(qū)和刀 —屑接觸的界面上，散熱條件差。在相同的條件下， 1Cr18Ni9Ti 的切削溫度比 45 號鋼高 200℃ 左右。 (4)切屑不易折斷、易粘結： 不銹鋼的塑性、韌性都很大，車加工時切屑連綿不斷，不僅影響操作的順利進行，切屑還會擠傷已加工表面。在高溫、高壓下，不銹鋼與其他金屬的親和性強，易產生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤，既加劇刀具磨損，又會出現(xiàn)撕扯現(xiàn)象而使已加工表面惡化。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點更為明顯。 (5)刀具易磨損： 切削不銹鋼過程中的親和作用，使刀 —屑間產生粘結、擴散，從而使刀具產生粘結磨損、擴散磨損，致使刀具前刀面產生月牙洼，切削刃還會形成微小的剝落和缺口；加上不銹鋼中的碳化物 (如 TiC)微粒硬度很高，切削時 直接與刀具接觸、摩擦，擦傷刀具，還有加工硬化現(xiàn)象，均會使刀具磨損加劇。 (6)線膨脹系數(shù)大： 不銹鋼的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼的 倍，在切削溫度作用下，工件容易產生熱變形，尺寸精度較難控制。 切削不銹鋼時怎樣選擇刀具材料？ 合理選擇刀具材料是保證高效率切削加工不銹鋼的重要條件。根據(jù)不銹鋼的切削特點，要求刀具材料應具有耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼的親和作用小等特點。目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質合金。 (1) 高速鋼的選擇： 高速鋼主要用來制造銑刀、鉆頭、絲錐、拉刀等復雜多刃刀具。普通高速鋼 W18Cr4V 使用時刀具 耐用度很低已不符合需要，采用新型高速鋼刀具切削不銹鋼可獲得較好的效果。 在相同的車削條件下，用 W18Cr4V 和 95w18Cr4V 兩種材料的刀具加工1Cr17Ni2工件，刀具刃磨一次加工的件數(shù)分別為 2～ 3件和 12件，用 95w18Cr4V的刀具耐用度提高了幾倍。這是由于提高了鋼的含碳量，從而增加了鋼中碳化物含量，常溫硬度提高 2HRC 紅硬性更好， 600℃ 時由 W18Cr4V 的 上升到 HRC51～ 52，耐磨性比 W18Cr4V 提高 2～ 3 倍。 應用高釩高速鋼 W12Cr4V4Mo 制作型面銑刀加工 1Cr17Ni2 可以獲得較高的刀具耐用度。因為含釩量增加，可在鋼中形成硬度很高的 VC，細小的 VC 存在于晶介，可以阻止晶粒長大，提高鋼的耐磨性； W12Cr4V4Mo 的紅硬性很好，600℃ 時硬度可達 ，因此適合于制作切削不銹鋼的各種復雜刀具。但其強度 (?b=3140 MPa)及沖擊韌性 (ak= J/cm3)略低于 W18Cr4V，使用時要稍加注意。 隨著刀具制作技術的不斷發(fā)展，對于批量大的工件，采用硬質合金多刃、復雜刀具進行切削加工效果會更好。 (2)硬質合金的選擇： YG 類硬質合金的韌性較好，可采用較大的前角 ，刀刃也可以磨得鋒利些，使切削輕快，且切屑與刀具不易產生粘結，較適于加工不銹