【導讀】肅膃蚈袂羈膂莈蚅袇芁蒀袀膆芀薂蚃肂艿蚅衿肈艿蒄螞羄羋薇羇袀芇蠆螀膈芆荿羅肄芅蒁螈羀莄薃羄袆莃蚅螆膅莃蒞蕿膁莂薇螅肇莁蝕蚇羃莀荿袃衿荿蒂蚆膈莈薄袁肄蕆蚆蚄羀蕆莆袀袆蒆蒈螞芄蒅蟻袈膀蒄螃螁肆蒃蒃羆肀薅蝿袈聿蚇羄膇膈莇螇肅膇葿羃罿膆薁螆裊膅螄薈芃膄蒃襖腿膄薆蚇肅膃蚈袂羈膂莈蚅袇芁蒀袀膆芀薂蚃肂艿蚅衿肈艿蒄螞羄羋薇羇袀芇蠆螀膈芆荿羅肄芅蒁螈羀莄薃羄袆莃蚅螆膅莃蒞蕿膁莂薇螅肇莁蝕蚇羃莀荿袃衿荿蒂蚆膈莈薄袁肄蕆蚆蚄羀蕆莆袀袆蒆蒈螞芄蒅蟻袈膀蒄螃螁肆蒃蒃羆肀薅蝿袈聿蚇羄膇膈莇螇肅膇葿羃罿膆薁螆裊膅螄薈芃膄蒃襖腿膄薆蚇肅膃蚈袂羈膂莈蚅袇芁蒀袀膆芀薂蚃肂艿蚅衿肈艿蒄螞羄羋薇羇袀芇蠆螀膈芆荿羅肄芅蒁螈羀莄薃羄袆莃蚅螆膅莃蒞蕿膁莂薇螅肇莁蝕蚇羃莀荿袃衿荿蒂蚆膈莈薄袁肄蕆蚆蚄羀蕆莆袀袆蒆蒈螞芄蒅蟻袈膀蒄螃螁肆蒃蒃羆肀薅蝿袈聿蚇羄膇膈莇螇肅膇葿羃罿膆薁螆裊膅螄薈芃膄蒃襖腿膄薆蚇肅膃蚈袂羈膂莈蚅袇芁蒀袀膆芀薂蚃肂艿蚅

　　

【正文】 G120412NUG(牌號 ZK01)切削 GCr15軸承鋼的試驗結(jié)果表明：當切削深度為 ～ 4mm、進給量 ～ 、切削速度≥ 130～ 160m/min 時，開始產(chǎn)生熱塑剪切失穩(wěn)。 高速銑削的切削力特征 影響切削力的因素主要包括切削速度、進給量、切削深度、后刀面磨損量和工件硬度等。在不同精度等級的機床上實施切削時，切削力并不發(fā)生變化。 徑向切削力最大，其次是主切削力和軸向切削力；粗加工時切削力約為精加工時的 6~9 倍；切削力與進給量、切削深度和后刀面磨損量成近似線性關(guān)系；當切削速度增大時，切削力稍有下降。 主 切削力和軸向力的變化與切深呈線性增長趨勢，而徑向力增長緩慢；不同的進給量對切削力的變化影響趨勢一致，軸向力的增長速率稍低于主切削力和徑向力，而當進給量很小時，會出現(xiàn)徑向力大于主切削力的現(xiàn)象。盡管淬硬材料的硬度較高，但切削力較小，其原因一是由于斷裂的產(chǎn)生使塑性變形十分小，二是因為刀屑接觸面積小，使摩擦力減小。 高速切削的已加工表面完整性 切削加工過程中切削熱的產(chǎn)生和傳導、高速摩擦和磨損等因素都會對已加工表面黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 造成一定程度的破壞。用硬態(tài)切削取代磨削加工的關(guān)鍵是如何獲得理想的加工表面粗糙度、形狀精度和加工 表面狀態(tài)，而提高硬態(tài)切削的加工精度和硬態(tài)切削工件的性能是一個需要長期深入研究的課題。硬態(tài)切削已加工表面的完整性主要包括以下內(nèi)容：表層組織形態(tài)及其硬度、表面粗糙度、尺寸精度、殘余應力的分布和白層的產(chǎn)生。 已加工表面微觀硬度受進給量和后刀面磨損量的影響較大，進給量越小，磨損量越大，表面硬度越高。切削速度、進給量和切削深度對表面硬度的影響都具有單一變化規(guī)律，即已加工表面硬度隨切削速度的提高而增加，隨進給量和切深的增大而降低，而且已加工表面硬度越高，硬化層深度越大。通過對試件的基體組織和表層組織的掃描電鏡照片進行 對比分析，認為硬態(tài)切削過程中已加工表面硬度雖有所提高，產(chǎn)生一定的硬化深度，但對表面表層的金相組織并無破壞。 工件表層和亞表層的組織狀態(tài)發(fā)生變化，其微觀組織由白色的未回火層和黑色的過回火層組成。實驗結(jié)果顯示硬態(tài)切削后工件表面均為殘余壓應力，而磨削后工件的最大壓應力主要集中在工件表面。 殘余應力與材料的成分、組織和缺陷一樣，對工件的機械性能有很大影響，多數(shù)情況下必須控制殘余應力的大小及其分布規(guī)律。硬態(tài)切削過程中殘余應力的產(chǎn)生被認為與切削熱的形成及熱源的移動速度、切削刃的幾何形狀、工件材料以及刀具磨損等關(guān)系密切 。通過仿真切削熱的生成與移動可以計算殘余應力，刀具鈍圓半徑越大，殘余壓應力值越大；工件硬度越高，殘余壓應力值越大。硬度對工件表面完整性的影響極大，工件硬度值越大，越有利于殘余壓應力的形成。刀具幾何形狀也影響殘余應力的形成，雙倒棱和大鈍圓刀具所形成的殘余壓應力遠遠優(yōu)于單一倒棱和尖刃刀具，但切削參數(shù) (切深和進給量 )對殘余應力沒有顯著影響。 影響硬態(tài)切削已加工表面質(zhì)量的另一個重要因素是白層的形成。白層是伴隨著硬態(tài)切削過程所形成的一種組織形態(tài)，它具有獨特的磨損特性：一方面硬度高，耐蝕性好；另一方面又表現(xiàn)出較高脆性 ，易引起早期剝落失效。白層尺寸較薄，難于準確分析其組織特征，它的形成機理至今仍有爭議。一種觀點認為白層是相變的結(jié)果，是由材料在切削過程中被快速加熱和驟然冷卻而形成的晶粒細小的細晶馬氏體組成。另一種觀點認為白層的形成僅屬于變形機制，只是由塑性變形而得到的非常規(guī)型馬氏體。目前將白層視為馬氏體組織的觀點得到一致認可，主要爭議在于白層的精細結(jié)構(gòu)。切黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 削過程中產(chǎn)生白層現(xiàn)象的原因是高速滑動磨損，白層的組織形態(tài)是超細晶粒結(jié)構(gòu)的奧氏體和馬氏體的混合組織，并與刀具磨損密切相關(guān)。因此，需要進一步深入研究白層的形成機理及其對零件壽 命的影響。 模具高速銑削加工質(zhì)量特征 材料的高速銑削加工性 1．衡量標準 1)以刀具使用壽命來衡量 在相同切削條件下，刀具使用壽高，切削加工性好。 2)以切削力和切削溫度來衡量 在相同切削條件下，切削力大或切削溫度高，則切削加工性差。機床動力不足時，常用此指標。 3)以加工表面質(zhì)量來衡量 易獲得好的加工表面質(zhì)量，則切削加工性好。精加工時常用此指標。 2．影響因素 1)材料的硬度、強度、導熱系數(shù)等。 材料的硬度和強度越高，切削力就越大，切削溫度也越高，所以加工性也越差。熱導率對材料切削加工性的 影響與之相反。工件材料的熱導率越大，由切屑帶走、工件散出的熱量就越多，越有利于降低切削溫度，切削加工性也越好。 2)材料金相組織的影響：一般情況下，鐵素體塑性大，而珠光體、馬氏體硬度較高，故兩者的含量少者切削加工性好。如珠光體有球狀、片狀和針狀之分。球狀硬度較低，易加工；而針狀硬度大，不易加工 ]15[ 。 加工表面質(zhì)量 1．表面質(zhì)量對零件工作精度及保持性的影響。 零件工作精度的保持性，主要取決于零件工件表面的耐磨性，耐磨性越高則工作精度的保持性越好。零件工件表面 的耐磨性不僅與摩擦副的材料和潤滑情況有關(guān)，而且還與兩個相互運動的表面質(zhì)量有關(guān)。實驗證明，摩擦副的初期磨損量與其表面粗糙黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 度有很大關(guān)系。若原有的表面粗糙度就等于最佳值時，則在磨損過程中摩擦副的表面粗糙度基本不變，此時初期磨損量最小。 2．表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性的影響。 無論是化學腐蝕還是電化學腐蝕，其腐蝕程度均與表面粗糙度有關(guān)。腐蝕性介質(zhì)一般在表面粗糙度凹谷處，特別是在表面裂紋中作用最強。表面粗糙度越高，凹處越尖，就越容易被腐蝕。 3．表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響。 在交變載荷作用，零件表面的粗糙度、劃痕和裂紋 等缺陷會引起應力集中現(xiàn)象而產(chǎn)生疲勞裂紋，造成零件的疲勞破壞。研究表明，減小表面粗糙度可以使兩件的疲勞強度有所提高。 加工表面層的冷作硬化能阻礙已有裂紋的擴大和新的疲勞裂紋的產(chǎn)生，減輕表面缺陷和表面粗糙度的影響程度，故可提高零件的疲勞強度。 加工表面層的殘余應力對零件的疲勞強度也有很大影響。當表面層的殘余應力為壓應力時，能妨礙和延緩疲勞裂紋 的產(chǎn)生和擴大，提高零件的疲勞強度。當表面層的殘余 應力 為拉應力時，則容易使零件表面產(chǎn)生裂紋而降低其疲勞強度。 4．表面質(zhì)量對零件之間配合性質(zhì)的影響。 相配零件間的配合關(guān)系是用 過盈量或間隙值來表示的。在間隙配合中，若零件的配合表面粗糙，則會使配合件很快磨損而增大配合間隙，改變配合性質(zhì)；降低配合精度；在過盈配合中，若配合表面粗糙，則裝配后配合表面的凸峰被擠平，配合件間的有效過盈量減小，降低配合件間的連接強度，影響配合的可靠性。因此對有配合要求的表面，必須規(guī)定較小的表面粗糙度 ]16[ 。 加工精度的要求 1．應減小或消除原始誤差：提高零件加工時所使用的機床、夾具、量具及工具的精度，以及控制工藝系統(tǒng)受力、受熱變形等。應根據(jù)不同情況針 對主要的原始誤差采取措施加以解決。加工精密零件，應盡可能提高所使用機床的幾何精度、剛度及控制加工過程中的熱變形；加工低剛度零件，主要是盡可能減少工件的受力變形。 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 2．應設(shè)法補償或抵消原始誤差：對工藝系統(tǒng)中的一些原始誤差，若無適當措施使其減少時，則可采取誤差補償或誤差抵消的辦法消除其對加工精度的影響。 誤差補償法就是人為地制造一個大小相等方向相反的誤差去補償原有的原始誤差。 誤差抵消法就是利用原始誤差本身的規(guī)律性，部分或全部抵消其所造成的加工誤差。如為減少由于端銑刀回轉(zhuǎn)軸線對工作臺直線進給運動不垂直造成的加工 誤差，可通過工件相對銑刀軸線橫向多次移位走刀加工來部分抵消。 3．應轉(zhuǎn)移原始誤差：對工藝系統(tǒng)的原始誤差，在一定條件下，可以使其轉(zhuǎn)移到加工誤差的非敏感方向或其他不影響加工精度的方面去。這樣，在不減少原始誤差的情況下，同樣可以獲得叫高的加工精度。 4．應分化或均化原始誤差：為提高一批零件的加工筋骨的，可采取分化某些原始誤差的辦法。對加工精度要求很高的零件，還可采取不斷試切或逐步均化加工件原有的原始誤差的辦法 ]16[ 。 高速銑削加工模具型面的關(guān)聯(lián)性分析 銑 削方式選擇 在銑削加工中，根據(jù)刀具切削的線速度方向與工件運動方向的關(guān)系可以得到兩種不同的銑削方式：順銑與逆銑 (如圖 22)。順銑是指刀具切削的線速度方向 (v1)與工件運動方向 (v2)相同；逆銑則是指刀具切削的線速度方向與工件運動方向相反，如圖 22所示 圖 22 銑削方式示意圖 數(shù)控機床由于采用了高精度的傳動系統(tǒng)，消除了反向間隙，而且傳動系統(tǒng)的剛性黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 好使得順銑切削方式的優(yōu)點得到充分體現(xiàn)，也就是： (1)切削刃從工件外部切入工件，切削厚度由大變小，這樣就減少了工件與刀刃之間的擠刮，有利于工件切削和減少刀具磨損； (2)可以避免過切現(xiàn)象的產(chǎn)生； (3)順銑還有利于減少切削熱； (4)降低刀具負載，獲得較好的加工表面質(zhì)量； (5)但對于表面硬化比較嚴重的鑄件和鍛件，為了保護刀具，則應采用逆銑。 在數(shù)控高速切削加工中，一般都采用順銑加工方式 。 對銑刀的要求 在高速高效加工的目標下，同時保證加工質(zhì)量，方便排屑，保證一定的刀具壽命。 銑刀材料要保證能切削刀具材料，并且成本在可接受的范圍內(nèi)。如要求較長的刀具壽命，并且材料硬度在 50HRC 以上時，可選用 PCBN 刀具，但應注意類似高硬度材料耐沖擊性能差的問題。如要限制成本，可選用采用 AlTiN 的涂層硬質(zhì)合金銑刀。涂層硬質(zhì)合金銑刀由于成本低廉、使用廣泛，高速切削實驗和加工數(shù)據(jù)豐富，因此在目前的技術(shù)條件下是高速切削中首選刀具。 如球頭立銑刀的刀頸形狀分為標準型、長頸型和錐頸型，可根據(jù)工件的加工深度和形狀進行選擇。長頸型和錐頸型可進行深挖加工，在兩者中選擇時應考慮干涉角度。 切削參數(shù)研究 切削參數(shù)：是用來表示切削運動的參量，即切削速度、進給量、吃刀量。也稱為切削用量三要素。 1．切削速度 ( cv )：切削速度是指銑刀旋轉(zhuǎn)時的線速度 1000dnvc ?? (2－ 1) 式