生產(chǎn)率與切削速度是有很密切關(guān)系的,切削速度的提高可以提高生產(chǎn)率,同時(shí)精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展也對(duì)切削速度有了更進(jìn)一步提高的要求。

高速切削加工的概念提出后,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索裂垦、研究和發(fā)展,才在近期被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。今天,在加工鋼件時(shí)切削速度已達(dá)到3000m/min,加工鑄鐵時(shí)達(dá)到3000m/min,加工鋁合金則達(dá)到7000m/min,比常用的切削速度高了許多倍很撩。除了高速切削外,高速磨削技術(shù)也已進(jìn)入實(shí)用階段吝蔽。常規(guī)磨削速度為30～40m/s,而超高速磨削的速度已達(dá)到150m/s以上了。高速切削和磨削除了能大幅度提高生產(chǎn)率以外,還可以提高加工質(zhì)量,特別是改善已加工表面質(zhì)量咨只。

高速切削是指在比常規(guī)切削速度高出很多的速度下進(jìn)行的切削加工超肃。目前各國(guó)對(duì)高速切削的速度范圍沒(méi)有統(tǒng)一的定義,有時(shí)候也稱(chēng)為超高速切削(Ultra-HighSpeedMachining)。通常把比常規(guī)切削速度高5～10倍的切削稱(chēng)為高速切削械拉。

傳統(tǒng)的切削速度和刀具壽命的關(guān)系被假定為線(xiàn)性關(guān)系,即刀具的速度越高,刀具的磨損越快佳绩。20世紀(jì)上半葉,一些研究人員開(kāi)始發(fā)現(xiàn),在某些加工過(guò)程中,切削速度達(dá)到某個(gè)值后,情況開(kāi)始發(fā)生變化,刀具磨損加劇,但是速度繼續(xù)上升,超過(guò)這一閾值,又可以恢復(fù)正常加工。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐,人們意識(shí)到對(duì)于某一特定的被加工材料來(lái)說(shuō),在比現(xiàn)行使用的切削速度高許多倍的區(qū)域可能存在一個(gè)十分理想的切削條件,在這個(gè)切削條件下,生產(chǎn)率高,刀具耐用度長(zhǎng),而且切削力也比較小鸿铐。

圖1 Salomon切削速度與溫度實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)

圖2 Salomon切削速度與溫度模型

德國(guó)的切削物理學(xué)家CarlSalomon博士于1929年進(jìn)行了超高速模擬試驗(yàn),1931年4月發(fā)表了著名的超高速切削理論,提出了高速切削假設(shè)舰搜。

如圖1所示,Salomon認(rèn)為在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi),切削溫度隨著切削速度的增大而提高。當(dāng)切削速度增大到超過(guò)一個(gè)速度范圍,切削溫度反而隨切削速度的提高而降低,同時(shí)切削力也會(huì)大幅下降胞仅。按照他的假設(shè),在具有一定速度的高速區(qū)進(jìn)行切削加工,會(huì)有比較低的切削溫度和較小的切削力握帘。這就是著名的高速切削狀態(tài)下切削溫度的死谷理論(DeadVolley),如圖2所示。但這一模型預(yù)言的曲線(xiàn)至今仍沒(méi)有精確的令人信服的實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)预甲。

H.Schulz等人認(rèn)為:CarlSalomon所根據(jù)的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)是銑削中刀具溫度(而不是切削剪切區(qū)的溫度)與切削速度的關(guān)系。其中高速段上刀具溫度的降低是由于刀具與工件接觸時(shí)間變短所導(dǎo)致的結(jié)果但惶。從切削機(jī)理研究的角度看,應(yīng)當(dāng)考察切削剪切區(qū)中的溫度變化及材料變形狀況耳鸯。

高速切削中切削力減小是高速切削技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的物理基礎(chǔ)。對(duì)于為什么速度高到一定程度,切削力會(huì)減小的問(wèn)題,有人認(rèn)為是由于工件材料軟化所致膀曾。這種軟化可以理解為切削速度增高,切削剪切區(qū)溫度升高,材料屈服極限降低县爬。也有研究者認(rèn)為切削加工所需的能量在某一速度范圍內(nèi)達(dá)到平衡點(diǎn),隨著切削速度進(jìn)一步增高,切削力隨著降低,并在某一速度后保持不變,然后可能隨著切屑的動(dòng)量改變略有變化阳啥。但這些推斷都還不能從材料變形機(jī)理上予以確切說(shuō)明。所以,進(jìn)一步的研究應(yīng)當(dāng)考察切削中產(chǎn)生材料變形所需能量是否隨材料變形速度而變化,是否在變形速度(流變速度)超過(guò)某一極限值后改變了材料變形方式,從而使變形所需能量減少了财喳。確定這一界限,尋求最佳切削速度具有重大的工程意義察迟。

怎樣定義高速切削？目前一般的定義是5～10倍于常規(guī)切削速度的切削稱(chēng)為高速切削耳高。筆者認(rèn)為:在Salomon理論成立的前提下,特定材料切削速度達(dá)到極限速度時(shí)的切削狀態(tài)就應(yīng)稱(chēng)為高速切削,高速切削不僅僅通過(guò)速度來(lái)劃分,而是跟材料的物理力學(xué)性能和切削狀態(tài)密切相關(guān)扎瓶。

盡管目前已形成了高速切削的實(shí)用技術(shù),但高速切削機(jī)理研究還只停留在一個(gè)試驗(yàn)探索階段,在基礎(chǔ)理論上的研究還不成熟。從切削過(guò)程中材料的物理力學(xué)性能變化狀態(tài),而不僅僅通過(guò)切削速度來(lái)區(qū)分常規(guī)切削加工和高速切削加工更為科學(xué)合理泌枪。

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