1931年,德国萨洛蒙(Salomon)博士提出的著名的高速切削理论认为:一定的工件材料对应有一个临界切削速度,在该切削速度下其切削温度最高。如图13-1所示,随着切削速度的增加,切削温度在不断升高,当切削速度达到临界速度之后,切削温度将不再继续升高,反而随着切削速度的增加而下降。常规切削通常是按A区内的各种速度进行切削加工。萨洛蒙切削理论给人们一个重要启示,即如果切削加工速度超越切削“死谷”B区,即在C区范围内,则可用现有的刀具进行高速切削,从而可大大提高切削效率,缩短切削工时。
图13-1 高速切削概念示意图
高速切削加工技术中的“高速”是一个相对概念。对于不同的加工方法和工件材料与刀具材料,高速切削加工时所对应的切削速度并不相同,如铝合金为1 000~7 000m/min,铜合金为900~5 000m/min,钢为500~2 000m/min,铸铁为800~3 000m/min,钛合金为200~1 000m/min。
通常把切削速度比常规高出5~10倍的切削加工叫高速切削或超高速切削,与常规切削相比,高速切削机理也有所改变,有如下的切削特征:
(1)切削力低。由于高速切削速度高,材料切削变形区内的剪切角增大,切屑流出速度加快,致使切削变形减小,其切削力比常规切削降低30%~90%,有利于减小加工零件的内应力,特别适合于薄壁类刚性较差的零件加工。(www.daowen.com)
(2)热变形小。切削时90%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走,工件温度上升一般不超过3℃,特别适合于细长易热变形零件及薄壁零件的加工。
(3)材料切除率高。高速切削单位时间内的材料切除率可提高3~5倍,特别适用于材料切除率要求较大的场合,如汽车、模具和航空航天等制造领域。
(4)提高了加工质量。由于机床—工件—刀具工艺系统在高转速和高进给率条件下工作,加工激振频率远高于工艺系统的固有频率,使加工过程平稳,切削振动小,可实现高精度。
(5)简化了工艺流程。高速切削可直接加工淬硬材料,在很多情况下可完全省去热处理工序,直接以车代磨、以铣代磨,如可对淬硬钢模具型腔直接进行切削加工,可获得较佳的表面质量,省去后续的电火花加工和人工打磨抛光等耗时的光整加工工序,简化了工艺流程。
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