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刀具選擇基本條件

複合材料定義

  1. 廣義的複合材料(Composite Material)係指兩種以上材料結 合,形成一種根據兩總以上材料截長補短、產生性能更佳的材料。
  2. 製造飛機所使用複合材料則係以高強度纖維強化材 (Reinforcement)和基材(Matrix)固結形成, 除了將強化材固定使其得以發揮強度與 剛性外,並其有保護纖維、提供韌度與抗壓強度之功能。
  3. 先進複合材料所使用強化材料型式包括纖維粒子(Fiber Particle)或纖維(Fiber), 此外纖維材料 其有易撓曲、高強度、高剛性及低密度之特性,因此纖 維成為複合材料最普遍使用之強化材,常見高強度纖維 包括玻璃纖維(Fiberglass)、石墨(Graphite)纖維、克夫龍 (Keviar)纖維及硼(Boron)纖維等。

蜂巢式結構

合材料應用上,可區分為由多層纖維預浸材料逐一依特 定纖維方向疊製膠合而作的積層板構造(Laminate Construction)和由上、下面層及夾層巢心結構所構成之三 明治構造(一般稱蜂巢構造)。

飛機上應用

目前航空飛機應用蜂巢式玻璃纖維地方:

  • 鼻輪艙門
  • 主輪艙門
  • 渦輪發動機引擎罩
  • 飛機主機翼後緣崁板結構內
  • 飛機主機翼外側擾流板
  • 飛機主機翼內側擾流板
  • 方向舵結構內側
  • 尾翼升降舵內側結構。

蜂巢式複合材料優點

  • 具有極高強度與剛性重量比(Strength Stiffness/ Weight Ratio)
  • 高抗疲勞(Fatigue)強度特性
  • 複合材料不發生銹蝕腐化(Corrosion)
  • 可做結構承受負載特性配置複合材料疊層,使結構承載效率大 為提高
  • 可降低所需零件材料使用量
  • 輕量化飛機結構,進而節省燃油損耗及提高飛機載重量
  • 結構造型變化大時,製造上比較容易

蜂巢式複合材料缺點

  • 材料成本高
  • 純手工製造勞力密集
  • 承壓強度(Bearing Strength)和積層間強度(Inter laminar Strength)較低。
  • 生產過程中機械特性受溫度/濕度影響大。
  • 複合材料結構強度、剛性及其他特性、檢查難度提高
  • 與鋁合金搭配時, 鋁合金結構容易產生異常
  • 當有破損需要修補時花費很長時間
  • 需嚴謹控制製造環境與人為技術

纖維布特性與編織

纖維布複合材料製作與一般布匹相同,係將纖維股以經線方向(Warp Direction) 和緯線方向(Fill Direction)彼此垂直、相互 排列編織而成, 其目 的除提供部份橫向強度和剛性外,尚可固 定經線纖維使其不易分散。

纖維布之編織種類纖維布依編織之鬆緊可分為各種不同編織型式

  • 簡單編織法
  • 四線編織法
  • 五線編織法
  • 八線編織法

預浸型纖維布

預浸型纖維布(PrepregFabric)當纖維布編織完成後,將纖維施以浸膠處理, 先塗覆樹脂,同時並將此樹脂作初步成化(Curing),這 種處理方式稱為B一階段(B-Stage)預浸型纖維布,B一 階段樹脂材料在室溫中會繼續反應成化,一旦成化固 結就無法再使用,因此需將預浸型纖維布儲存於冰箱 中以延緩樹脂成化反應速率。

高強度纖維之種類

商用直升機常使用纖維強化複合材

  • 玻璃纖維
  • 黃色之克夫龍纖維
  • 黑色之石墨纖維或碳纖維
  • 混合結構

蜂巢巢心材料

蜂巢密度之特性如果構成蜂巢之材料相同時,蜂巢的強度取決於密度,高密度巢心 其蜂巢壁較厚 故強度較高,反之低密度蜂巢巢心其強度較低, 蜂巢巢心修補更換時,必需選擇與原設計相同材 質且密度相同之巢心替代,若無相同密度則可由 較高密度巢心取代。

蜂巢夾心依材料可區分為金屬與非金屬兩大類, 依其構造又可區分為巢心構造(Honeycomb Core) 和實體夾心(Solid Core)

蜂巢依型分類

  • 六角型蜂巢(Hexagonal Cell):此造型蜂巢結構最 強,然彈性、彎曲度較差,適合作為平面結構之 蜂巢件。
  • 四角型蜂巢(Rectangular或Overexpanded Cell):此 型蜂巢結構較弱,但彈性和彎曲度較佳,可作為 曲面結構之蜂巢件。
  • 鈴型蜂巢(Flexible ExpandedCell):此種蜂巢斷面 呈現鈴型(Bell)可作三度空間之彎曲,主要用於雷 達罩、鼻錐罩等曲率特大之曲面結構之蜂巢件。

高分子基材分析

  • 熱塑性基材不產生化學反應,溫度達600°F~700°F 即融化,可製作所需工件,待基材冷卻後即變得非 常強韌、堅硬,如果欲改變工件形狀,則可將溫度 昇高使基材軟化重新加工,因此熱塑型樹脂為一可 重複使用材料,熱塑性複合材料並不適合作為結構 性構件,特別是高溫區域,因此一般航空器之複合 材料並不使用熱塑性基材。
  • 熱固性基材成化實為一種化學反應,待基材成化 固結後就無法以加熱方式使其軟化,因此為一種不 可重複使用材料,熱固性樹脂之機械、物理特性極 佳,抗環境及化學性良好、因此為現代商用客機先 進複合材料所普遍使用之基材,其中環氧樹脂 (Epoxy)則為最常作為熱固性基材之材料。
資料來源:網路彙整http://tw.tool-tool.com/news/201605/cellular-type-glassfiber-material%20processing/index.html

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刀具選擇基本條件

選擇合理的刀具類型要根據工件要求、生產量、技術要求、設備條件等因素綜合考慮。在維持良好加工品質下,才考慮提高生產效率為基本原則。

選擇刀具

任何刀具都有其適用範圍,都不會是萬能的。選擇好的刀具應該具有良好的外觀(刀具表面光亮,刃口鋒利,如有塗層塗層應均勻)、 良好的製造技術(在40倍放大鏡下觀察刀刃無崩口、微觀裂紋)、良好的切削性能(包括對某種特定材料粗加工效率高、精加工已加工表面品質高,切削輕快聲音小等)、良好的性價比(包括刀具壽命長,單支去除量大等)、良好的穩定性(每只刀之間一致性好)。

相關刀具材料可參考:刀具中,立銑刀如何判定選擇加工條件?刀具中銑刀的種類及選擇銑刀的選用 Part-1銑刀的選用 Part-2刀具鍍層-超硬薄膜被覆材

選擇刀具材料

刀具材料性能的優劣是影響加工表面品質、切削加工效率、刀具壽命的基本因素,其選擇的刀具材料應具備的性能:高硬度和耐磨性及足夠的強度和韌性、高耐熱性、良好的材料品質、經濟性、切削性能的可預測性等

相關刀具材料可參考:常見切削刀具材料刀具材料-高速鋼的知識切削刀具材料比較表鎢鋼材質刀具適性與特性

選擇刀具幾何設計

一般刀具刀口幾何應選擇銳利刀口為主能兼備堅固條件,但考慮刀具加工條件、粗銑精銑切削等需求情況等因素,精銑切削選擇刀口銳利為優先考慮,則粗銑刀口幾何以優先考慮堅固耐磨為主要選擇。 刀具容屑、排屑與強度、剛度有密切關係,若切屑堵塞在槽內會造成劃傷工件表面或刀口磨耗損壞等,切屑排出好壞直接影響刀具加工效率,刀具螺旋槽大小影響刀具強度和剛度。

相關刀具幾何可參考:加工物件與刀具形狀端銑刀,鎢鋼端銑刀介紹

選擇切削方式

切削方式將直接影響切削刃形狀、加工品質及刀具壽命和生產效率。還應考慮刀具與機床、工裝的配置及合理切削用量和切削液。

  • 車削加工:用車刀在車床上加工工件加工過程,車削加工適合各種回轉體表面的加工。
  • 鑽削加工:用鑽頭在實體零件上加工孔的方法,鑽孔主要用於粗加工,如螺釘孔、油孔、內螺紋底孔等。
  • 刨削加工:刨削是平面加工的主要方法之一,主要用於加工平面,也廣泛用於加工各種溝槽、成形面等。
  • 拉削加工:用拉刀在拉床加工工件的加工方法。
  • 磨削加工:用砂輪作為刀具磨削工件的加工過程,是零件精加工的主要方法之一。
  • 銑削加工:銑削是平面加工的主要方法之一,主要加工平面。同時可加工溝槽、成形面、切斷等。

相關刀具切削可參考:鎢鋼銑刀切削加工-逆銑(上銑法)與順銑(下銑法)各材質銑刀切削參考數據切削液介紹-切削液的特性及選用

資料來源:網路彙整http://tw.tool-tool.com/news/201601/tool-selection/

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銑刀加工常見問題

銑刀加工常見問題及對應

銑刀加工常見問題及對應

  • 切入或刀具拔出工件時刀具折斷:可減小進給量、切削深度,把切削刃長縮短到必要長度的最小限度。
  • 正常加工時刀具折斷:
    • 減小進給量、切削深度
    • 對刀具進行鈍化處理
    • 更換夾具或彈簧夾頭
    • 高刃數刀具變更低刃數,改善排屑防止堵屑
    • 將乾式銑削換成濕式(使用切削液),搭配渦流管槍使用,降低刀具溫度避免刀具過熱。
    • 若濕式銑削供液方向從前方供給時,改成從斜後方或橫向上方供液,冷卻液流量應足夠
  • 進給方向變更時刀具折斷:
    • 利用圓弧插補(NC機床)、或暫時停止(暫時)進給
    • 降低(減少)方向轉換前後的進給量
    • 更換夾具或彈簧夾頭
  • 刀尖部分崩刃:
    • 用手動修磨在轉角部倒角
    • 將順銑改為逆銑
  • 切深界面部分崩損:
    • 將順銑改為逆銑
    • 降低切削速度
  • 崩刃分布在中央部分或者遍布整個切削刃(小崩刃):
    • 進行鈍化倒棱。或者加大倒棱
    • 改變主軸轉數(機床有振動時)
    • 提高切削速度
    • 更換夾具或彈簧夾頭
    • 銑削中有摩擦聲時,加大進給量
    • 如果釆用的是乾式銑削,改成濕式或用空氣冷卻
    • 更換夾具或彈簧夾頭
    • 降低切削速度
  • 切削刃大崩刃:
    • 減小進給量
    • 高刃數刀具變更低刃數,改善排屑防止堵屑
    • 進行鈍化倒棱或者加大倒棱
    • 將乾式銑削換成濕式(使用切削液),搭配渦流管槍使用,降低刀具溫度避免刀具過熱。
    • 若濕式銑削供液方向從前方供給時,改成從斜後方或橫向上方供液,冷卻液流量應足夠
    • 在鋼材銑槽中,以標準切削條件為目標值選擇適當的銑削速度(在低銑削速度側,產生低速性破損,壓著物分離損傷)(在高銑削速度側,銑深槽中會產生堵屑、熱龜裂)
    • 如果採用的是濕式銑削,改成乾式,使用壓縮空氣,當供氣是從前方供給時,改成從橫上方或者橫上方供給,其流量應充足。
  • 刀具早期磨損:
    • 降低切削速度
    • 如果是逆銑,則改成順銑
    • 增大進給量
    • 將乾式銑削換成濕式(使用切削液),搭配渦流管槍使用,降低刀具溫度避免刀具過熱
    • 如果使用的是再研磨立銑刀,應提高鏟背面的粗糙度
  • 刀具早期磨損:
    • 降低切削速度
    • 如果是逆銑,則改成順銑
    • 增大進給量
    • 將乾式銑削換成濕式(使用切削液),搭配渦流管槍使用,降低刀具溫度避免刀具過熱。
    • 如果使用的是再研磨立銑刀,應提高鏟背面的粗糙度

加工工件常見問題及對應

  • 工件表面光澤,但凹凸大:
    • 減小進小量
    • 低刃數刀具變更高刃數,改善表面細膩度
  • 切屑短細,但有粘屑:
    • 提高切削速度
    • 換成濕式(使用切削液),搭配渦流管槍使用,降低刀具溫度避免刀具過熱。
    • 進行微小倒圓鈍化處理
    • 由逆銑改為順銑
    • 加大進給量或者要切削餘量
  • 有橫向切痕
    • 進行微小倒圓鈍化處理
    • 使用非水溶性切削液
    • 由順銑改為逆銑
  • 精加工尺寸偏小
    • 由逆銑改為順銑
    • 減小切削餘量
    • 更換卡盤或彈簧夾頭
    • 減小立銑刀切削深度
    • 提高切削速度
  • 直角度不良
    • 減小切削餘量
    • 更換卡盤或彈簧夾頭
    • 減小立銑刀切削深度
    • 提高切削速度
    • 低刃數刀具變更高刃數,改善表面細膩度
    • 減小進給量
    • 檢查磨損量,更換刀具
  • 產生振動
    • 加大進給量(0.04mm/齒以上時減小)
    • 嚐試改變切削速度
    • 更換卡盤或彈簧夾頭
    • 減小立銑刀切削深度
    • 粗銑用雙刃,精銑用4刃
    • 由順銑改為逆銑

切削深度的考量因素

  • 機台的剛性佳、切深大,反之剛性差、切深小。
  • 工件材質硬、切深小,反之材質軟、切深大。
  • 切削速度快、切深小,反之速度慢、切深大。
  • 工件切深小,則工件表面粗糙度佳。

銑削速度考慮因素及原則

銑削速度速度太高,加工效率未必跟著提高,反而加快刀具摩耗,增加刀具成本及換刀時間;若銑削速度太低,加工效率亦差,浪費時間,所以選擇適當的銑削速度(或主軸回轉數)才是發揮刀具最高效益與加工效率的正確方法。

  • 提高銑削速度的時機:1.欲獲得高精度的加工面時。 2.工作物材質較軟時。 3.輕切削加工時。 4.加注切削劑且冷卻情形良好時。 5.銑床剛性佳、工作物安裝穩固時。 6.使用碳化物等耐磨耗刀具時。
  • 降低銑削速度的時機:1.欲保持銑刀壽命時,或如角度銑刀之 刀尖強度小時。 2.工作物材質較硬時。 3.刀具會冒出火花時。 4.加工高合金材料,如高鎳、高錳等材 質時。 5.銑切安裝不穩固的工件時。 6.重切削或進刀大者。 7.切削黑皮工件或含有砂粒的黑皮鑄件 時。 8.使用高速鋼刀具時
資料來源:網路彙整

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立銑刀的再研磨

立銑刀的再研磨流程

立銑刀的再研磨

磨齒背後面

磨齒背後面

磨前面(刃內面)

磨前面(刃內面)

磨端面切削刃

磨端面切削刃

磨底刃後面

磨底刃後面

再研磨注意事項:

  • 使用鑯焊立銑刀及整體立銑刀,在相當上述流程的A、B狀況時,請盡早進行再研磨,當刀具有顯著損傷後,不僅再研磨量大,而且再研磨後的刀具壽命要降低。
  • 再研磨時請一定要使用金剛砂輪
  • 齒前後角為18~10小直徑方面要大些。另外,在鋁合金加工時也要設定得大一些。
  • 使用塗層立銑刀時,能否採用上述流程中C部分的再研磨。請結合實際情況進行研究,在此種方式中,不僅其切削刃部分的後面和前面都殘留有塗層,切削刃長長度變短,剛性也提高了,所以再研磨後的刀具壽命比再研磨前還要長。
  • 再研磨後,請在V型台上檢測外圓切削刃(及底刃)的跳動,如果其跳動在0.001mm以內就是合格的。
  • 球頭立銑刀的再研磨可以只再研磨後面,半徑減小。
  • 球頭立銑刀的再研磨再研磨後必須將刀尖進行鈍化(強化)處理。
資料來源:網路彙整http://tw.tool-tool.com/news/201510/regrinding-end-mill/

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金屬材料介紹

金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

黑色金屬又稱鋼鐵材料,是指鐵和鐵的合金,包括含鐵90%以上的工業純鐵,含碳 2%~4%的鑄鐵,含碳小於 2%的碳鋼,以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等,如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。鋼和生鐵都是以鐵爲基礎,以碳爲主要添加元素的 合金,統稱爲鐵碳合金。 黑色金屬,廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

有色金屬又稱非鐵金屬,是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金,指除黑色金屬外的金屬和 合金,如銅、錫、鉛、鋅、鋁以及黃銅、青銅、鋁合金和軸承合金,此外還有貴重金屬:鉑、金、銀等和稀有金屬,包括放射性的鈾、鐳等。有色金屬通常分為輕金 屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強度和硬度一般比純金屬高,並且電阻大、電阻溫度係數小。 在工業上還採用鉻、鎳、錳、鉬、鈷、釩、鎢、鈦等,這些金屬主要用作合金附加物,以改善金屬的性能,其中鎢、鈦、鉬等多用以生産刀具用的硬質合金。

特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝方法獲得的非晶態金屬材料,以及准晶、微晶、納米晶金屬材料等;還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金,以及金屬基複合材料等。

常用金屬材料:

鐵碳合金

  • 熟鐵(Wrought Iron)C<0.08%
  • 碳鋼(steel)0.08% <

    低碳鋼C<=0.25; 中碳鋼0.25%<C<0.55%;高碳鋼0.56%<C<2.11%

    C<2.0%
  • 鑄鐵(Cast Iron)C>2.11%

合金鋼

合金鋼 alloy steel 鋼里除鐵、碳外,加入其他的元素,就叫合金鋼。 在普通碳素鋼基礎上添加適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。根據添加元素的不同,並採取適當的加工方式,可獲得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。

  • 低合金鋼(特殊合金元素少於5%)
  • 中合金鋼 (特殊合金元素占5%~10%)
  • 高合金鋼(特殊合金元素大於10%)

有色金屬及其合金

資料來源:網路彙整http://tw.tool-tool.com/news/201509/metal-materials/

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類鑽碳膜(DLC)介紹

鑽石具有高硬度、高熱傳導係數、低膨脹係數、低摩擦系數與高 化學安定度等特性,但鑽石產量稀少、價格昂貴且加工困難,類鑽碳薄膜具有和天然鑽石相近的性質,其中包括了有高硬度、耐腐蝕性佳、表面平滑、摩擦係數小、抗磨耗性佳、生物相容性佳等,且有價格上之優勢。由於具有這些優越特性,使其在機械、電子、半導體等工業之應用日益廣泛。

類鑽碳薄膜是由SP2及SP3組成,如能將SP2晶格減少,且增加SP3晶格,類鑽碳薄膜將會很接近鑽石薄膜,然而由於在結構中含有被扭曲的 sp3 鍵結

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拋光加工介紹PART4-化學拋光方式

化學拋光方式

化學拋光

化學拋光是讓材料在化學介質中表面微觀凸出的部分較凹部分優先溶解,從而得到平滑面。這種方法的主要優點是不需複雜設備,可以拋光形狀複雜的工件,可以同時拋光很多工件,效率高。化學拋光的核心問題是拋光液的配製。化學拋光得到的表面粗糙度一般為數 10μ m 。

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拋光加工介紹PART2--游離磨粒方式

固定磨粒方式拋光加工

微粒磨輪研磨法

粒磨輪研磨法使用結合劑較差的微細磨粒磨輪的搪光或超精加工,主要是作為圓筒狀機械零件的內外圓周面之精加工方法,自古以來就已實用化了。

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拋光加工介紹PART2--游離磨粒方式

游離磨粒方式拋光加工

機械拋光

在游離磨粒方式中,為最普遍且基本的研磨方法,機械拋光是靠切削、材料表面塑性變形去掉被拋光後的凸部而得到平滑面的拋光方法,一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等,以手工操作為主,特殊零件如回轉體表面,可使用轉檯等輔助工具,表面品質要求高的可採用超精研拋的方法。

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拋光加工原理

利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質對工件表面進行的修飾加工。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度,而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的,有時也用以消除光澤(消光)。通常以拋光輪作為拋光工具。拋光輪一般用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成,兩側用金屬圓板夾緊,其輪緣塗敷由微粉磨料和油脂等均勻混合而成的拋光劑。拋光時,高速旋轉的拋光輪(圓周速度在20米/秒以上)壓向工件,使磨料對工件表面產生滾壓和微量切削,拋光的去除單位很小,故加工效率低,且因為使用容易變形的拋光機,故為容易產生形狀崩潰的工程。所以在施工上儘可能以較少的去除量,獲得光亮的加工表面,表面粗糙度一般可達Ra0.63~0.01微米;當採用非油脂性的消光拋光劑時,可對光亮表面消光以改善外觀。

拋光加工效率的因素

  • 拋光加工量 R=k.p.v.t 其中p為拋光壓力、v為拋光速度、t為加工時間、k為比例常數。
  • 拋光效率與附加壓力(p)及拋光距離(v.t)成正比。
  • 為了保持一定的加工效率,除了拋光壓力、速度等加工條件外,嚴加管理研磨液濃度、溫度、拋光機的狀態等,是使拋光穩定的重要因素。

研磨的加工變質層

  • 加工變質層使工件材質的結構、組織和組成遭到破壞或接近於破壞狀態。在變質層部分存在變形和應力,還有其物理的和化學的影響等。硬度和表面強度變化等機械性質和耐腐蝕性等化學性質也與基體材料不同。
  • 硬脆材料經研磨後的表面 ,經研磨的單晶矽表面,使用氟、硝酸系列的溶液進行化學浸蝕,依次去掉表層,用電子衍射法進行晶體觀察時,從表層向內部的順序為非晶體層或多晶體層、鑲嵌結構層、畸變層和完全結晶結構。另外,從使用X射線衍射法的彈塑性學的觀點來評價,則表層是由極小的塑性流動層構成,其下是有異物混人的裂紋層,再下則是裂紋層、彈性變形層和主體材料。
  • 在研磨金屬材料時,雖不發生破碎,但磨粒轉動刮削時,由於材料承受了塑性變形,通常形成與上述矽片相類似的加工變質層。相反,例如是多晶的金屬材料,則越接近被加工的表層,晶粒越微細,累積位錯在最表層,變成非晶質狀態。在這部分,金屬與大氣中的活性氧結合,變得活躍。另外,有時發生因塑性變形而使磨粒等容易嵌進金屬。
資料來源:網路彙整

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切削加工金屬件表面粗糙度的對應措施

刀具震動表面粗糙度不好時應該檢查哪些?

  • 檢查精加工刀具是否變鈍,有缺口或破損
  • 檢查冷卻液是否在加工過程中一直合適噴出,並指向切削區域
  • 確信能夠正確斷屑,並且不產生螺旋狀切屑
  • 粗加工之後不要只進行一次測量就切掉太多餘料
  • 確定所使用的刀片適合於正在加工的工件材料
  • 檢查進給率主軸轉速
  • 檢查工件的硬度
  • 試著使用一個不同的刀柄

切削加工金屬件表面粗糙度的對應措施

  • 增加運動機構本身的精度,減少振動調整車床主軸;增加跟刀架瓜腳支承面積,選用精度比較理想的頂針,增加工件裝夾剛性。
  • 改善工件材料加工性能,在不影響工件性能的條件下,適當調整化學成份,加入少量的硫、錳、鋁等元素,降低材料塑性,減少刀具粘結磨損,抑制積屑瘤的產生.材料加工前進行適當的熱處理,改善其硬度、塑性。
  • 切削液的合理選用,若切削液選用得好,可以很有效提高刀具的耐用度,減小刀具的磨損,有效地減小工件的塑性變形可減小表面粗糙度數值。
  • 合理選擇刀具切削部分材料,例如:高速精加工有色金屬及非金屬材料時一般使用鑽石刀。其硬度高、耐磨性好,切削刃鋒利,摩擦係數小,切屑與刀具不易產生粘結,不產生積屑瘤。
  • 選擇刀具合理的幾何參數
  • 合理選擇切削用量,選用小的進給量,降低殘留高度; 選用小的切削厚度。減小工藝系統變形以及振動,降低表面粗糙度;切削速度避免積屑瘤產生的區域以及自激振動的臨界速度…。
  • 對於來自本機床之外的振源,一般可用隔離的措施,如隔離溝,防振墊等。對於機床內部運動部件的振動,一般要查清主要振源來自哪個部件,再採取措施。
資料來源:網路彙整

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表面粗糙度

表面粗糙度是指工件表面上具有的較小間距的微小峰谷組成的微觀幾何形狀特性。表面缺陷應從中排除,且不考慮表面其他物理特性諸因素;為避免與光亮,清潔的概念混淆並與國際間稱呼一致,不採用“表面光潔度”這一術語,而稱作表面粗糙度。

切削加工與表面粗糙度

表面粗糙度是在機械加工過程中,由於刀痕材料的塑性變形機械加工高頻振動刀具與被加工表面的摩擦等原因引起的。它對零件的配合性能,耐磨性,抗腐蝕性,接觸剛度,抗疲勞強度,密封性和外觀等都有影響。

同一零件上,工作表面的粗糙度允許值應小於非工作面的表面粗糙度允許值,配合性質相同時,零件尺寸小的比尺寸大的表面粗糙度允許值要小;同一公差等級,軸比孔的表面粗糙度允許值要小;運動速度高,壓力大的摩擦表面比運動速度低,壓力小的摩擦表面粗糙度允許值小;一般來講,表面形狀精度要求高的表面,表面粗糙度允許值也小;不同的表面粗糙度允許值,其加工方法是不同的,因此,經濟效果也是不同的,在選擇表面粗糙度允許值時必須予以考慮。

影響切削加工表面粗糙度的常見因素

刀具幾何形狀及切削運動的影響

刀具相對於工件作進給運動時,在加工表面留下了切削層殘留面積,從而產生了表面粗糙度,殘留面積的形狀是刀具幾何形狀的複映,其高度受刀具的幾何角度和切削用量大小的影響。

工件材料性質的影響

加工塑性材料時,由於刀具對加工表面的擠壓和摩擦,使之產生較大的塑性變形,加之刀具迫使切屑與工件分離時的撕裂作用,使表面粗糙度值加大。一般來說,材料塑性變形趨勢越大或韌性越大,被加工表面粗糙度就越大。切削脆性材料時,塑性變形小些,控制好切屑崩碎現象,就容易達到表面粗糙度的要求。對於同樣的材料。金相組織越是粗大,切削加工後的表面粗糙度值也會越大。

切削用量

切削用量中,切削速度對表面粗糙度的影響比較複雜。但在中等速度下,塑性材料由於容易產生積屑瘤鱗刺,且塑性變形較大,因此表面粗糙度值會變大。加工脆性材料時,由於塑性變形很小,主要形成崩碎切屑,切削速度的變化對表面粗糙度影響較小。減少進給量f可以減少切削殘留面積高度,使表面粗糙度值減小。但進給量f太小刀刃不能切削而形成擠壓,增大了工件的塑性變形,反而會增大表面粗糙度值。一般,背吃刀量對表現粗糙度影響不明顯。

振動

無論外界振動的傳入,機床內部運動部件的振動,還是機械系統在某特定條件下產生的切削振動均會嚴重惡化工件表面粗糙度,所以必須採取適當的措施來減少振動。

高溫切削產生切削熱

在高速切削條件下,高溫效應導致工件已加工淺薄表面發生熔融現象,在刀具運動的作用下, 工件已加工淺薄表面熔融金屬發生少量定向粘塑形流動。

積屑瘤的影響

切削過程中,當刀具前刀面上存在積屑瘤時,由於積屑瘤的頂部很不穩定,容易破裂,一部分連附於切屑低部而排出,一部分則殘留在加工表面上,使表面粗糙度增大。

鱗刺

鱗刺是指已加工表面上鱗片狀的毛刺,是用高速鋼刀具低速切削時,經常見到的一種現象。鱗刺一般是在積屑瘤增長階段的前期裡形成的。甚至在沒有積屑瘤的時候,以及在更低一些的切削速度範圍內也有鱗刺發生。

資料來源:網路彙整

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CVD單晶鑽石刀具

鑽石在任何大批量材料中具有最高的硬度和導熱係數,並且以其卓越的光學特性,電學性能,化學以及抗磨損性能,使得鑽石成為在科學和工業領域中最廣受歡迎的材料。

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加工物件與刀具形狀

加工物件與刀具形狀

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鉸刀介紹-part3-鉸孔

鉸孔是將擴大一個已經存在的孔。鉸孔和鑽孔、擴孔一樣都是由刀具本身的尺寸來保證被加工孔的尺寸的,但鉸孔的品質要高得多。鉸孔時,

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加工精度--銑車削

即一般概念粗加工是以快速切除毛坯餘量為目的,在粗加工時應選用大的進給量和盡可能大的切削深度,以便在較短的時間內切除盡可能多的切屑。粗加工對表面品質的要求不高,刀具的磨鈍標準一般是切削力的明顯增大。精加工在精加工時最主要考慮的是工件表面品質而不是切屑的多少,精加工時通常採用小的切削深度,刀具的副切削刃經常會有專門的形狀,比如修光刃。根據所使用的機床、切削方式、工件材料以及所採用的刀具,可使表面粗糙度達到Ra1.6μm的水準,在極好的條件下甚至可以達到Ra0.4μm。

車削加工是機械加工中最基本的一種加工方法,它所用的機床是車床,所用的刀具為車刀,也可以用鑽頭、滾花刀、鉸刀等,利用這些切削刀具與工件的一系列相對運動,可以完成多重切削。車削加工的加工範圍很廣,可以加工出各種類型的帶有旋轉體表面的零件,如內外圓柱面、內外圓錐面、內外成形面、內外螺旋面等,其經濟精度達到IT11~IT06,表面粗糙度為Ra12.5µm~0.8µm。另外,在車床上安裝上夾具和附件還可以進行鏜孔、銑削、磨削、研磨、拋光等。

加工精度等級

精度等級 尺寸精度範圍 Ra值範圍 (μm) 相應的加工方法
低精度 IT13~IT11 25~12.5 粗車、粗鏜、粗銑、粗刨、鑽孔等
中等精度 IT10~IT9 6.3~3.2 半精車、半精鏜、半精銑、半精刨、擴孔等
IT8~IT7 1.6~0.8 精車、精鏜、精銑、精刨、粗磨、粗鉸等
低精度 IT7~IT6 0.8~0.2 精磨、精鉸等
低精度 IT5~IT2 Ra<0.2 研磨、超精加工、拋光、珩磨等

銑車削加工精度

加工方案 公差等級 表面粗糙度Ra(μm) 適用範圍
粗車-半精車 IT8-9 10-5.0 端面
粗車-半精車-精車 IT6-7 2.5-1.53
粗車-半精車-磨削 IT7-9 1.25-0.32
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑) IT7-9 10.0-2.5 一般不淬硬平面(端銑的表面粗糙度較好)
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-括研 IT5-6 1.25-0.160 精度要求較高的不淬硬平面,批量較大時宜採用寬刃精刨方案
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-寬刃精刨 IT6 1.25-0.32
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-磨削 IT6 1.25-0.32 精度要求較高的淬硬平面或不淬硬平面
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-粗磨-精磨 IT5~IT6 0.63-0.040 大量生產,較小的平面(精度視拉刀的精度而定)
粗銑-拉 IT6-9 1.25-0.32
粗銑-精銑-磨削-研磨 IT5~IT2 IT5以上 高精度平面

常見加工方法的Ra表面特徵

加工方法 面粗糙度Ra(μm) 表面特徵
粗車、 粗鏜 、粗銑、 粗刨 、鑽孔 50 可見明顯刀痕
25 可見刀痕
12.5 微見刀痕
精銑、精刨 半精車 6.3 可見加工痕跡
3.2 微見加工痕跡
精車 1.6 看不清加工痕跡
粗磨 0.8 可辨加工痕跡方向
精磨 0.4 微辨加工痕跡方向
精密加工 0.1-0.012 只能按表面光著辨識
資料來源:網路彙整

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硬質合金刀具的焊接作業

即使在不需重磨刃刀具普及的現在,焊接刀具仍廣泛用於切削、建築礦山、耐磨損刀具等多方面。焊接作業的好與壞對刀具性能有很大的影響。焊接時內部殘留的變形,有時是磨削時出現裂紋的原因。即使磨削時未出現裂紋,因內部變形的影響,刀具在使用初期有時也會破損。

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切削熱的影響

銑削難切削材質時,會產生大量的切削熱。所以在加工時,應用充分的大風量油霧冷風槍將切削區淹沒,這對小直徑銑刀OR大直徑刀具容易實現,切削時就不可能全部淹沒,採用乾銑方式。

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刀具的使用

不管刀具設計得如何,或用什麼材料製成刀具的製造商都應該提供切削速度和每齒進給量的初始值。如果沒有這些資料,就應該向製造廠家的技術部門諮詢。廠商 應該熟知他們的產品在進行全寬度開槽銑削、外廓銑削、插銑或斜坡銑削時的能力如何,因為許多標準銑刀大多數不能完成這樣多的加工工序。比如,如果銑刀沒有 足夠大的第二後角,則斜坡銑削的斜角就要減小。

很明顯,如果超出刀具的加工能力,將導致刀具的損壞。插銑也是一樣,如果不能將切屑及時地從槽底排出,切屑將會受到擠壓,之後刀具也將損壞。總之,銑削加工高溫合金時,這些情況對刀具壽命都是不利的。

如果認為減慢進給速度可延長刀具壽命,事實證明是錯誤的。典型的例子就是在切第一刀時,會發現材料相當硬。如果把進給量減小 ( 如可轉位銑刀的每齒進給量減至 0.025~0.5 mm ) ,刀具切削刃將強烈地摩擦工件,結果是刀具很快或是立即損壞。摩擦能引起工件表面的加工硬化,為避免加工硬化,切第一刀時應保持一定的切削負荷 ( 0.15~0.2 mm/ 每齒進給量 )。

切削深度取決於多種因素,如刀具設計,刀片高度、刀具剛性、刀具總長、機床馬力等。但當刀具的後角和前角為 5°~11° 正值時,最適於加工粘度大的材料。立銑刀的螺旋角應該在 35°~50° 之間。這些銑刀的傾斜刀刃有鋸削作用,能形成理想的切屑並帶走切削熱

當然,難切削材質時,適當的切削速度也非常重要。它決定了在切削區產生熱量的多少。推薦的速度範圍從較低的 12~15 m/min ( 對高速鋼銑刀 ) 到 23~37 m/min ( 對硬質合金銑刀 ),再到180~245 m/min 或更高( 對陶瓷銑刀 )。增加進給量和切削深度也會增加切削熱,因相應地增加了切削力和刀具與工件的接觸面積。

根據銑削難切削材質時的應力和切削力,應選擇由K40~K50硬質合金作為銑刀刀片的基體,並採用帶有耐熱性能高的氮鋁鈦塗層。使用這類硬質合金牌號的刀片進行銑削 加工,可取得很好的加工效果。在較低的切削速度下,採用碳氮化鈦塗層進行加工,其效果也不錯。

如果在加工中,刀具使用不當,即使用最好的基體和塗層,也不會取得好的加工效果。比如,在零件上要銑出一個深度為 2~5mm 的槽,想分三次走刀加工出來。一般在這個加工過程中 CAM 系統將顯示為三次切深都一樣。由於工件重複地接觸刀具上同一部位,最終相同的切深將使塗層上產生一個缺口,一旦這個缺口劃穿了塗層,就會損傷基體,致使刀 具損壞。

因此在銑削加工中,選取適當的切削深度 ( 一般在 0.5~0.60mm ) ,在銑削時,防止工件重複接觸刀片同一部位,這樣才能延長刀具的壽命。

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刀具在銑削鎳基合金時破損較快?

鎳系合金中是兩個主要添加成分,增加鎳能增加材料韌性,加入鉻可提高材料的硬度,再加上其他成分的平衡,據此就可以預測刀具的磨損情況。加工鎳基合金,其刀具費用較高,其費用為銑削一般鋼材的5~10倍。

毋庸質疑,在銑削鎳基合金時,熱量是影響刀具壽命的最重要的因素,因為即使最好的硬質合金刀具,也會被過高的切削熱所毀壞。產生極高的切削熱,不僅僅是銑削鎳合金才遇到的問題。所以銑削這些合金時,需要對熱量加以控制。

另外,瞭解應用各種形式的刀具 ( 高速鋼刀具、硬質合金刀具陶瓷刀具 ) 加工時所產生的熱量值,也是非常重要的。 許多刀具的損壞還與其他因素有關,不合格的夾具和刀柄都可能縮短刀具壽命。當夾緊的工件剛性不足,切削時產生移動時,可能會引起硬質合金基體的斷裂。有時 會沿切削刃產生小的裂縫,有時還會從硬質合金刀片上崩裂,無法繼續進行切削

當然,這種崩裂刃具也可能是因為硬質合金太硬或切削負荷太大所致。這時應考慮採用高速鋼刀具進行加工,以減少崩裂。當然,高速鋼刀具又不能像硬質合金那 樣承受較高的熱量。

在加工開始前,加強夾具的剛性,不僅延長了刀具的壽命,而且還提高了工件表面質量,減少了加工誤差。 同樣刀柄選擇不當,也會縮短刀具壽命。如把柄徑為 3.175mm 的立銑刀裝在銑刀刀柄裏,由於緊固螺釘的作用,使刀具和刀柄之間的配合間隙偏到一邊,刀具中心偏離刀柄回轉中心,使銑刀工作時的徑向 跳動增加,致使銑刀每個刀齒的切削負荷不均衡。這種切削狀態對刀具很不利,特別是在銑削鎳基合金與含有添加到材料中的其他元素可能有:矽、錳、鉬、鉭、鎢等,值得注意的是鉭和鎢也是用來製造硬質合金的主要成分,它們能有效地提高硬質合金的性能,但是這些元素加入到工件材料中,就使它變地難以銑削加工時更加突出。

通過使用改善了刀具裝卡偏心度的刀柄,如液壓卡頭、熱裝卡頭,能使切削作用更均衡、更平穩,減少了刀具磨損,提高了表面質量。選擇刀柄時應遵循一個原則,就是刀柄要盡可能的短。這些對刀具和工件的夾持要求,對銑削任何材料都適用。

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