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为了方便读者阅读相关数控资料和国外数控产品的相关手册,在此选择了常用的数控词汇及其英语对应单词,所选用的数控术语主要参考国际标准ISO 2806和中华人民共和国国家标准GB 8129—1987 以及近年新出现的一些数控词汇。


1)计算机数值控制 (Computerized Numerical Control, CNC) 用计算机控制加工功能,实现数值控制。

2)轴(Axis)机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。

3)机床坐标系( Machine Coordinate Systern )固定于机床上,以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。

4)机床坐标原点( Machine Coordinate Origin )机床坐标系的原点。

5)工件坐标系( Workpiece Coordinate System )固定于工件上的笛卡尔坐标系。

6)工件坐标原点( Wrok-piexe Coordinate Origin)工件坐标系原点。

7)机床零点( Machine zero )由机床制造商规定的机床原点。

8)参考位置( Reference Position )机床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点,它可以用机床坐标原点为参考基准。

9)绝对尺寸(Absolute Dimension)/绝对坐标值(Absolute Coordinates)距一坐标系原点的直线距离或角度。

10)增量尺寸( Incremental Dimension ) /增量坐标值(Incremental Coordinates)在一序列点的增量中,各点距前一点的距离或角度值。

11)最小输人增量(Least Input Increment) 在加工程序中可以输人的最小增量单位。

12)命令增量(Least command Increment)从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。

13)插补 (InterPolation)在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数(例如:直线,圆弧或高阶函数)确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。

14)直线插补(Llne Interpolation)这是一种插补方式,在此方式中,两点间的插补沿着直线的点群来逼近,沿此直线控制刀具的运动。

15)圆弧插补(Circula : Interpolation)这是一种插补方式,在此方式中,根据两端点间的插补数字信息,计算出逼近实际圆弧的点群,控制刀具沿这些点运动,加工出圆弧曲线。

16)顺时针圆弧(Clockwise Arc)刀具参考点围绕轨迹中心,按负角度方向旋转所形成的轨迹.方向旋转所形成的轨迹.

17)逆时针圆弧(Counterclockwise Arc)刀具参考点围绕轨迹中心,按正角度方向旋转所形成的轨迹。

18)手工零件编程(Manual Part Prograrnmiog)手工进行零件加工程序的编制。

19)计算机零件编程(Cornputer Part prograrnrnlng)用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。

20)绝对编程(Absolute Prograrnming)用表示绝对尺寸的控制字进行编程。

21)增量编程(Increment programming)用表示增量尺寸的控制字进行编程。

22)宇符(Character)用于表示一组织或控制数据的一组元素符号。

23)控制字符(Control Character)出现于特定的信息文本中,表示某一控制功能的字符。

24)地址(Address)一个控制字开始的字符或一组字符,用以辨认其后的数据。

25)程序段格式(Block Format)字、字符和数据在一个程序段中的安排。

26)指令码(Instruction Code) /机器码(Machine Code)计算机指令代码,机器语言,用来表示指令集中的指令的代码。

27)程序号(Program Number)以号码识别加工程序时,在每一程序的前端指定的编号 .

28)程序名(Prograo Name)以名称识别加工程序时,为每一程序指定的名称。

29)指令方式(Command Mode)指令的工作方式。

30)程序段(Block)程序中为了实现某种操作的一组指令的集合.

31)零件程序(P art Program)在自动加工中,为了使自动操作有效按某种语言或某种格式书写的顺序指令集。零件程序是写在输人介质上的加工程序,也可以是为计算机准备的输人,经处理后得到加工程序。

32)加工程序(Machine Program)在自动加工控制系统中,按自动控制语言和格式书写的顺序指令集。这些指令记录在适当的输人介质上,完全能实现直接的操作。

33)程序结束(End of Program)指出工件加工结束的辅助功能

34)数据结束(End of Data)程序段的所有命令执行完后,使主轴功能和其他功能(例如冷却功能)均被删除的辅助功能。

35)程序暂停(Progrom Stop)程序段的所有命令执行完后,删除主轴功能和其他功能,并终止其后的数据处理的辅助功能.

36)准备功能(Preparatory Functton)使机床或控制系统建立加工功能方式的命令.

37)辅助功能(MiscellaneouS Function)控制机床或系统的开关功能的一种命令。

38)刀具功能(Tool Funetion)依据相应的格式规范,识别或调人刀具。

39)进给功能(Feed Function)定义进给速度技术规范的命令。

40)主轴速度功能(Spindle Speed Function)定义主轴速度技术规范的命令。

41)进给保持(Feed Hold)在加工程序执行期问,暂时中断进给的功能。

42)刀具轨迹(Tool Path)切削刀具上规定点所走过的轨迹。

43)零点偏置(Zero Offset)数控系统的一种特征.它容许数控测量系统的原点在指定范围内相对于机床零点移动,但其永久零点则存在数控系统中。

44)刀具偏置(Tool Offset)在一个加工程序的全部或指定部分,施加于机床坐标轴上的相对位移.该轴的位移方向由偏置值的正负来确定.

45)刀具长度偏置(Tool Length Offset)在刀具长度方向卜的偏晋

46)刀具半径偏置(Tool Radlus OffseO)刀具在两个坐标方向的刀具偏置。

47)刀具半径补偿(Cutter Compensation)垂直于刀具轨迹的位移,用来修正实际的刀具半径与编程的刀具半径的差异

48)刀具轨迹进给速度(Tool Path Feedrate)刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度,其单位通常用每分钟或每转的移动量来表示。

49)固定循环(Fixed Cycle , Canned Cycle)预先设定的一些操作命令,根据这些操作命令使机床坐标袖运动,主袖工作,从而完成固定的加工动作。例如,钻孔、铿削、攻丝以及这些加工的复合动作。

50)子程序(Subprogram)加工程序的一部分,子程序可由适当的加工控制命令调用而生效

51)工序单(Planning sheet)在编制零件的加工工序前为其准备的零件加工过程表。

52)执行程序(Executlve Program)在 CNC 系统中,建立运行能力的指令集合

53)倍率(Override)使操作者在加工期间能够修改速度的编程值(例如,进给率、主轴转速等)的手工控制功能。

54)伺服机构(Servo-Mwchanisnt)这是一种伺服系统,其中被控量为机械位置或机械位置对时间的导数.

55)误差(Error)计算值、观察值或实际值与真值、给定值或理论值之差

56)分辨率(Resolution)两个相邻的离散量之间可以分辨的最小间隔.
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现在我们常用的材料标准件有:

ISO(国际性的)

GB(中国

DIN(德国)

AISI/SAE(美国)

JIS(日本)

螺栓等外螺纹用材料

一 些没有机械性能要求的或是ISO Class 4.8 SAE Grade 1-2 等低碳钢紧固件,用Q235A SAE 1015 DIN C15 足以,根本不要什么热处理,直接冷加工制成,而级别稍高一点的紧固件如: ISO Class 6.8 SAE Grade 3-4 则要用含碳量在0.2%以上的钢,如 C1020 C1022 Ml20 ML35 等,此类螺丝也不需要什么热处理的,冷加工强度完全可以满足要求。实际上含碳量越高,冷成型就越困难,也没有必要为6.8级的螺丝大材小用,特殊情况另当 别论了。

我们最常用的就是ISO Class 8.8 SAE Grade 5 的螺丝, 一般使用中碳钢,ML35 SAE 1035 DIN 35 JIS SWRCH35K 经过热处理(淬火+回火),也可以使用SAE5140 40Cr等,合金元素的增加对热处理的淬透性有很大的帮助,所以规格大的螺丝可以选择使用合金钢,不致于用中碳钢导致我们常说的中心部位“淬不透”现象的 存在。



ISO Class 9.8 10.9 SAE Grade 8 则要用低到中合金钢材料,经过热处理(淬火+回火),用合金材料在材料机械性能方面有一个很好的结合,常用的材料为40Cr 35CrMo SAE5140 SCM435 SAE4135 SAE4137 JIS SCr440(H) DIN 41Cr4等, 实际上45#也可以达到要求的机械性能,不过在综合机械性能方面要比合金钢稍有逊色。

ISO Class12.9 SATM A574 是一个对机械性能要求很高的高强度螺栓,则要用中碳合金钢经过热处理(淬火+回火),如SCM435 35CrMo SAE 4137 SAE4135 DIN 34CrMo4,此种高强度螺栓如果表面处理要经过酸洗这一工序时,会产生氢脆现象,所以一定要有去氢这一工序(特别是存在尖角的紧固件),要不然会死的 很惨。

螺母等内螺纹用材料

没有机械性能要求的或是ISO Class 5-6 SAE Grade 3-4 一般用C1010 Q235A或 C15,不需要热处理,冷加工即可。ISO Class 8 ,SAE Grade 5,一般要用Ml35 SAE1035 DIN C35,小规格的螺母不需要热处即可达要求的机械性能,规格大的要经过热处理(淬火+回火),这点GB3098.2说的很明白了。

ISO Class 10 ,SAE Grade 8 一般使用中碳钢经过热处理即可达到其强度要求。 如SAE1035 等中碳钢。有一点是大家必须注意的,螺母和螺栓不同,其受力主要以压缩为主而非伸张,因此螺母的强度不只和材料有关,还和很多因素有关的,包括精度、螺 距、螺母内倒角、螺母厚度......
平垫圈用料

无机械性能要求的平垫圈一般用角料制造,如Q235A,有硬度要求但不高时可以用较厚板料压延一下达到要求的硬度。弹垫等防松用的垫圈一般用65Mn 70# 或S 50CM—S 70CM制造,要经过热处理(淬火+回火)

铆钉、销轴类

铆钉、销轴类一般用料与螺栓相同,但有些铆钉硬度不可太高,甚至有些要求HRB60以下,一般正常化材料硬度在HRB70-80,因此有些要经过退火才能达到性能要求。

自攻钉一般用C1018 C1020 C1022 等材料,但国内有些厂家为节约成本,偷工减料,采用18# 15# 20#更用些厂家用Q235A,然后表面渗碳处理完事,这样制成的自攻钉其心部的韧性达不到要求,易断。

不锈钢紧固件本人了解不多,好像SUS304是很常用的。

材料其它特殊要求

假如公司要做用于焊接用的紧固件,电弧焊和气焊一般对材料都没有什么要求的。如果客户用的是点焊,那就要乖乖的用低碳钢做,如果一定要增加强度的话,可以用一些低碳含Mn元素较高的材料。这里只是一个很简单的例子,很多是在实际生产中才能注意到的。

当 顾客指定要用某一种牌号的材料时,而公司一时没有这种材料,或这种材料在市场上不易采购,可以了解一下客户此紧固件的用途,在符合机械性能的要求下可以提 出书面申请要求代换材料。一些采购客户对紧固件不是很专业,对材料的选择也不一定都为最佳,做为我们专业生产紧固件的厂家,可以给出客户更好的建议,达到 利益双收。

当然紧固件用材料要注意的不止这些,例如材料使用前一定要过时效期,表面锈烂的材料用于制造一些全螺纹紧固件或用于表面需磨制的紧固件,材料中心组织还有缩孔的不要用于制造抛光头螺丝......
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螺纹
螺纹是指在圆柱或圆锥表面上,沿螺旋线所形成的,具有相同剖面的连续凸起和沟槽。在圆柱外表面上形成的螺纹,称为外螺纹;在圆柱内表面上形成的螺纹,称为内螺纹。内外螺纹成对使用,可用于各种机械连接,传递运动和动力。
螺纹的有关素语和结构要素

牙型
在通过螺纹轴线的剖面上,螺纹的轮廓形状,称为螺纹牙型。常见的螺纹牙型有三角形、梯形、锯齿形等。
直径
1) 大径 螺纹的最大直径,又称公称直径,即与外螺纹的牙顶或内螺纹的牙底相重合的假想圆柱面的直径。外螺纹的大径用“d”表示,内螺纹的大径用“D”表示。


螺纹的规定画法
国家标准中统一规定了螺纹的画法,螺纹结构要素均已标准化,故绘图时不必画出螺纹的真实投影。
外螺纹的画法
外 螺纹大径用粗实线表示,小径用细实线表示,螺杆的倒角和倒圆部分也要画出,小径可近似地画成大径的0.85倍,螺纹终止线用粗实线表示。在投影为圆的视图 上,表示牙底的细实线只画约3/4圈,螺杆端面的倒角圆省略不画。螺尾一般不画,当需要表示螺尾时,表示螺尾部分牙底的细实线应画成与轴线成30°的夹 角。
内螺纹的画法
当内螺纹画成剖视图时,大径用细实线表示,小径和螺纹终止线用粗实线表示,剖面线画到粗实线处。螺孔应将钻孔深度和螺孔深度分别画出,底部的锥顶角应画成120°。内螺纹不剖时,在非圆视图上其大径和小径均用虚线表示。

螺纹连接的画法
内外螺纹连接画成剖视图时,旋合部分按外螺纹的画法绘制,
其余部分仍按各自的规定画法绘制。此时,内外螺纹的大径和小径应对齐,螺纹的小径与螺杆的倒角大小无关,剖面线均应画到粗实线。螺纹的种类
螺纹按用途可分为连接螺纹和传动螺纹两大类。
普通螺纹是最常用的连接螺纹,牙型角为60°。根据螺距不同,又可将其分为粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹两种。
管螺纹也是连接螺纹,牙型角为55°。根据管螺纹的特性,又可将其分为用螺纹密封的管螺纹和非螺纹密封的管螺纹两种。
用螺纹密封的管螺纹可以是内外螺纹均为圆锥形管螺纹,也可以是圆柱内管螺纹与圆锥外管螺纹相配合。其连接本身具有一定的密封性,多用于高温高压系统。

非螺纹密封的管螺纹其内外螺纹都是圆柱管螺纹,无密封性,常用于润滑管路系统。
最常见的传动螺纹是梯形和锯齿形螺纹。其中梯形螺纹应用最广。
也可根据牙型、大径、螺距是否符合标准,将其分为标准螺纹、特殊螺纹和非标准螺纹。
螺纹标记
普通螺纹标记
普通螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号三部分组成,其格式如下:

螺纹特征代号 公称直径×螺距 旋向-中径公差带 顶径公差带-旋合长度

螺纹代号 公差带代号 旋合长度代号

普通螺纹代号是由螺纹特征代号M、螺纹公称直径和螺距以及螺纹的旋向组成。粗牙普通螺纹不标注螺距。当螺纹为左旋时,标注“左”字,右旋不标注旋向。

公差带代号由中径公差带和顶径公差带两组组成,它们都是由表示公差等级的数字和表示公差带位置的字母组成。大写字母表示内螺纹,小写字母表示外螺纹。若两组公差带相同,则只标注一组。
旋合长度分为短(S)、中(N)、长(L)三种,中等旋合长度最为常用。当采用中等旋合长度时,不标注旋合长度代号。
例1. 请按要求标注出螺纹的代号:普通细牙外螺纹,大径为20,左旋,螺距为1.5,中径公差带为5g,大径公差带为6g,长旋合长度。其标记为:M20×1.5左-5g6g-L
例2. 粗牙普通内螺纹,大径为10,螺距为1.5,右旋,中径公差带为6H,小径公差带为6H,中等旋合长度。其标记为:
M10-6H

梯形螺纹的标记
梯 形螺纹的完整标记与普通螺纹基本一致,特征代号用Tr表示,其牙型角为30°,不分粗细牙,单线螺纹用“公称直径×螺距”表示,多线螺纹用“公称直径×导 程(P螺距)”表示。当螺纹为左旋时,标注“LH”,右旋时不标注。其公差带代号只标注中径的,旋合长度只分中旋合长度和长旋合长度两种。梯形螺纹的标记 示例如下:

Tr50×16(P8)LH-7e-L
表示梯形外螺纹,公称直径50,导程16,螺距8,双线,左旋,中径公差带代号7e,长旋合长度。

Tr40×7-7H
表示梯形内螺纹,公称直径40,右旋,单线,螺距7,中径公差带代号7H,中旋合长度。
锯齿形螺纹的标记
锯齿形螺纹的牙型角为30、3,牙型代号为“S”,其它标注形式基本与梯形螺纹一致。
内外螺纹旋合时,其公差带代号用斜线分开,左方表示内螺纹公差带代号,右方表示外螺纹公差带代号,标记示例如下:
M16×1.5-6H/6g
Tr24×5-7H/7e
管螺纹的标记
非螺纹密封的管螺纹其特征代号为“G”,牙型角55°,尺寸代号从附表中可查得,有1/2、1、3/4等,公差等级代号只标注外螺纹的,分A、B两级,当螺纹为左旋时,标注“LH”。

用螺纹密封的管螺纹其牙型角为55°,螺纹特征代号为:“Rc”圆锥内螺纹,“Rp”圆柱内螺纹,“R”圆锥外螺纹。圆锥外螺纹可与圆柱内螺纹配合使用,其标注示例见表8-2所示。
60°圆锥管螺纹其牙型角为60°,特征代号为“NPT”尺寸代号标记同前。

螺纹紧固件及其连接
螺纹紧固件
螺纹紧固件包括螺栓、螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。它们都是标准件,由专门的工厂生产,一般不画出它们的零件图,只要按规定进行标记,根据标记就可从国家标准中查到它们的结构形式和尺寸数据
 
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一、判断题(第1~20题。将判断结果填入括号中。正确的填“√”,错误的填“×”。每题1.0分。满分20分)

1. 精车削应选用刀尖半径较大的车刀片。 ( )

2. 车刀的后角愈大,愈适合车削较软的材料。 ( )

3. 编制加工程序应注意工件的形状、夹持状况、加工刀具及精度要求等。 ( )

4. 机械回零操作时,必须原点指示灯亮才算完成。 ( )

5. 软件插补的优点是速度快、精度高。 ( )

6.判断刀具磨损,可借助观察加工表面之粗糙度及切削的形状、颜色而定。 ( )

7. 米制尺寸前附有“Ø”符号表示直径。 ( )

8.在数控车床上钻削中心孔时,若钻头静点偏离中心,即无法钻削。 ( )

9. 外圆车刀装得低于工件中心时,车刀的工作前角减小,工作后角增大。 ( )

10.加工有偏心圆的工件时,应保证偏心圆的中心与机床主轴的回转中心重合。 ( )

11.能进行轮廓控制的数控机床,一般也能进行点位控制和直线控制。 ( )

12.工件在夹具中定位的任务是使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。( )

13.当按下电源“ON”时,可同时按"CRT"面板上之任何键。 ( )

14.原点复归是指回到工作原点(X0、Z0)。 ( )

15. 手动资料输入(MDI)时,模式选择钮应置于自动(AUTO)位置上。 ( )

16.“G00”指令为刀具依机器设定之最高位移速度前进至所指定之位置, ( )

17.液压传动中,动力元件是液压缸,执行元件是液压泵,控制元件是油箱。 ( )

18.恒线速控制的原理是当工件的直径越大,工件转速越慢。 ( )

19.经济型数控机床一般采用半闭环系统。 ( )

20.内孔车刀的刀柄,只要能适用,宜选用柄径较粗的。 ( )

二、选择题(第21~60 题。选择正确的答案,将相应的字母填入题内的括号中。每题1.0分。满分40分):

21.选择切断车刀刃口宽度,是依被车削工件的( )而定。

(A)外径; (B)切断深度; (C)材质; (D)形状。

22.大量粗车削外园车刀之主偏角一般宜选用:( )。

(A)0°; (B)20°; (C)30°; (4)45° 。

23.“K”类碳化物硬质合金刀具主要用于车削:( )。

(A)软钢; (B)合金钢;(C)碳钢; (D)铸铁。

24.判断数控车床(只有X、Z轴)圆弧插补的顺逆时,观察者沿圆弧所在平面的垂直坐标轴(Y轴)的负方向看去,顺时针方向为G02, 逆时针方向为G03。通常,圆弧的顺逆方向判别与车床刀架位置有关,如图1所示,正确的说法如下( )。

(A)图1a表示刀架在机床前面时的情况;(B)图1b表示刀架在机床后面时的情况;

(C)图1b表示刀架在机床前面时的情况;(D)以上说法均不正确。


图1 圆弧的顺逆方向与刀架位置的关系

25. G50X200.0Z100.0指令表示: ( )

(A) 机床回零; (B) 原点检查; (C) 刀具定位; (D) 工件坐标系设定。

26.若未考虑车刀刀尖半径的补偿值,会影响车削工件的( )精度。

(A) 外径; (B) 内径; (C) 长度; (D) 锥度及圆弧。

27.程序校验与首件试切的作用是( )。

(A)检查机床是否正常; (B)提高加工质量;

(C)检验程序是否正确及零件的加工精度是否满足图纸要求;

(D)检验参数是否正确。

28.在直径400mm的工件上车削沟槽,若切削速度设定为100m/min,则主轴转数宜选:( )r/min。

(A)69; (B)79; (C)100; (D)200。

29.过定位是指定位时工件的同一(  )被两个定位元件重复限制的定位状态。

(A)平面; (B)自由度; (C)圆柱面; (D)方向。

30.钻削有一定厚度的一般钢料,其钻尖角度宜修磨成:( )

(A)108; (B)118;(C)128;(D)138度。

31.机械效率值永远是( )。

(A)大于1; (B)小于1; (C)等于1; (D)负数。

32.夹持工件时,下列那项可不予考虑:( )

(A)车削方式; (B)进给方向; (C)工件直径; (D)切削液。

33.数控机床切削精度检验( ),对机床几何精度和定位精度的一项综合检验。

(A)又称静态精度检验,是在切削加工条件下;

(B)又称动态精度检验,是在空载条件下;

(C)又称动态精度检验,是在切削加工条件下;

(D)又称静态精度检验,是在空载条件下。

34.机械制造中常用的优先配合的基准孔是:( )

(A)H7; (B)H2; (C) D2; (D) D7。

35.下面关于勤劳节俭说法正确的是( )。

(A)消费可以拉动需求,促进经济发展,因此提倡节俭是不合时宜的
(B)勤劳节俭是物质匮乏时代的产物,不符合现代企业精神
(C)勤劳可以提高效率,节俭可以降低成本
(D)勤劳节俭不利于可持续发展

36.夹具的制造误差通常应是工件在该工序中允许误差的( )。

(A)1~3倍; (B)1/3~1/5; (C)1/10~1/100; (D)等同值。

37. 数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警,某个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”,这属于( )。

(A)程序错误报警; (B)操作报警;

(C)驱动报警; (D)系统错误报警。

38.车削窄槽时,切槽刀刀片断裂弹出,最可能的原因是: ( )

(A)过多的切削液; (B)排屑不良; (C)车削速度太快; (D)进给量太小。

39.闭环控制系统的位置检测装置装在( )。

(A)传动丝杠上; (B)伺服电动机轴上; (C)机床移动部件上; (D)数控装置中;

40. 尺寸链按功能分为设计尺寸链和( )。

(A)封闭尺寸链; (B)装配尺寸链; (C)零件尺寸链; (D)工艺尺寸链。

41. 测量与反馈装置的作用是为了( )。

(A)提高机床的安全性; (B)提高机床的使用寿命;

(C)提高机床的定位精度、加工精度; (D)提高机床的灵活性。

42. 液压夹头夹持不同材质之工件,其夹持压力应:( )

(A)不同; (B)相同; (C)保持最大压力; (D)任意夹持压力。

43. 只读存储器只允许用户读取信息,不允许用户写入信息。对一些常需读取且不希望改动的信息或程序,就可存储在只读存储器中,只读存储器英语缩写:( )。

(A)CRT; (B)PIO; (C)ROM; (D)RAM。

44. 精基准是用( )作为定位基准面。

(A)未加工表面; (B)复杂表面;

(C)切削量小的; (D)加工后的表面。

45. 在现代数控系统中系统都有子程序功能,并且子程序( )嵌套。

(A)只能有一层; (B)可以有限层; (C)可以无限层; (D)不能。

46. 在数控生产技术管理中,除对操作、刀具、维修人员的管理外,还应加强对( )的管理。

(A)编程人员; (B)职能部门; (C)采购人员; (D)后勤人员。

47. 数控机床能成为当前制造业最重要的加工设备是因为( )。

(A)自动化程度高; (B)对工人技术水平要求低: (C)劳动强度低; (D)适应性强、加工效率高和工序集中。

48. 机械零件的真实大小是以图样上的( )为依据。

(A)比例; (B)公差范围; (C)技术要求; (D)尺寸数值。

49. 数控车床能进行螺纹加工,其主轴上一定安装了( )。

(A)测速发电机; (B)脉冲编码器; (C)温度控制器; (D)光电管。

50. 选择“ZX”平面指令是 :( )

(A)G17; (B)G18; (C)G19; (D)G20。

51.在数控机床的闭环控制系统中,其检测环节具有两个作用,一个是检测出被测信号的大小,另一个作用是把被测信号转换成可与( )进行比较的物理量,从而构成反馈通道。

(A)指令信号; ( B)反馈信号; (C)偏差信号; ( D)脉冲信号。

52.数控机床有不同的运动形式,需要考虑工件与刀具相对运动关系及坐标方向,编写程序时,采用( )的原则编写程序。

(A) 刀具固定不动,工件移动;

(B)铣削加工刀具固定不动,工件移动;车削加工刀具移动,工件不动;

(C)分析机床运动关系后再根据实际情况;(D)工件固定不动,刀具移动。

53.三针法配合外千分尺是用于度量螺纹的:( )。

(A)大径; (B)小径; (C)底径; (D)中径。

54.钢中含碳量降低时其:( )

(A)塑性随之降低; (B)强度随之增大; (C)塑性增大而强度降低; (D)塑性与强度均增大。

55.数控系统中,( )指令在加工过程中是模态的。

(A)G01、F; (B)G27、G28; (C)G04; (D)M02。

56.在V带受弯曲时,截面内保持长度和宽度保持不变的是:( )

(A)顶胶; (B)中性层; (C)底胶; (D)包布层。

57.为了保障人身安全,在正常情况下,电气设备的安全电压规定为( )。

(A)42V; (B)36V; (C)24V; (D)12V。

58. 以圆弧规测量工件凸圆弧,若仅二端接触,是因为工件的圆弧半径: ( )

(A)太大; (B)太小; (C)准确; (D)大、小不均匀。

59.数控编程时,应首先设定( )。

(A)机床原点; (B)固定参考点; (C)机床坐标系; (D)工件坐标系。

60. 滚珠丝杠副采用双螺母齿差调隙方式时,如果最小调整量为0.0025mm,齿数Z1=61,Z2=60,则滚珠丝杠的导程为( )。

(A)4mm (B)6mm (C)9mm (D)12mm

三、简答题(每小题4分,满分20分)

1.简述G00与G01程序段的主要区别?













2.刀具半径补偿的作用是什么?在数控车床上使用刀具半径补偿有哪几步?在什么移动指令下才能建立和取消刀具半径补偿功能?







3.数控机床加工和普通机床加工相比有何特点?

















4.G90 X20.0 Y15.0与G91 X20.0 Y15.0有什么区别?



















5.有一套筒如图所示,以端面A定位加工缺口B时,计算尺寸A3及其公差。



(a)套筒简图 (b)尺寸链图

四、编程题(满分20分)

用数控车床加工如图所示零件,材料为45号钢调质处理,毛坯的直径为60mm,长度为200mm。按要求完成零件的加工程序编制。



(1) 粗加工程序使用固定循环指令;

(2) 对所选用的刀具规格、切削用量等作简要工艺说明;

(3) 加工程序单要字迹工整。

























数控加工工艺与编程试题(2)

一、单项选择题(请将正确答案的字母代号填在题后的括号中,每题1分,共40分,多选错选不得分。)

1. 数控机床诞生于( )。

(A)美国;(B)日本;(C)英国;(D)德国。

2. 数控机床的旋转轴之一B轴是绕( )直线轴旋转的轴。

(A)X轴;(B)Y轴;(C)Z轴;(D)W轴。

3. 加工中心是在数控铣镗床或数控铣床的基础上增加( )装置改型设置成的。

(A)伺服;(B)自动换刀;(C)刀库;(D)刀库与自动换刀。

4. 在铣床上镗孔,若孔壁出现振纹,主要原因是( )。

(A)工作台移距不准确;(B)镗刀刀尖圆弧半径较小;

(C)切削过程中刀具磨损;(D)镗杆刚性差或工作台进给爬行。

5. 一般而言,增大工艺系统的( )可有效地降低振动强度。

(A)刚度;(B)强度;(C)精度;(D)硬度。

6. 在铣床上安装莫氏锥柄的麻花钻应采用( )。

(A)直接安装在铣床主轴锥孔内;(B)通过莫氏变径套安装在铣床主轴上;

(C)通过铣床专用的变径套安装;(D)通过弹性套筒安装。

7. 以下提法中( )是错误的。

(A)G92是模态指令;(B)G04 X3.0 表示暂停3s;

(C)G33 Z F 中的F表示进给量;(D)G41是刀具左补偿。

8. 影响使用精度的主要原因是组合夹具的( )。

(A) 刚性较差;(B)组合精度容易变动;(C)结构不易紧凑;(D)结构复杂。

9. 倘若工件采取一面两孔定位,其中定位平面消除了工件的( )自由度。

(A)1个;(B)2个;(C)3个;(D)4个。

10. 过定位是指定位时工件的同一( )被两个定位元件重复限制的定位状态。

(A)平面;(B)自由度;(C)圆柱面;(D)方向。

11. 将钢加热到发生相变的温度,保温一定时间,然后缓慢冷却到室温的热处理叫( )。

(A)退火;(B)回火;(C)正火;(D)调质。

12. 球头铣刀的球半径通常( )加工曲面的曲率半径。

(A)小于;(B)大于;(C)等于;(D)A,B,C都可以。

13. 正弦规的功用是( )。

(A)度量曲线;(B)检验螺纹;(C)检验锥度;(D)度量槽宽。

14. 切削刃形状复杂的刀具用( )材料制造较为合适。

(A)硬质合金;(B)人造金刚石;(C)陶瓷;(D)高速钢。

15. 零件如图所示,镗削零件上的孔。孔的设计基准是C面,设计尺寸为(100±0.15)mm。为装夹方便,以A面定位,按工序尺寸L调整机床。工序尺寸280mm 、80mm在前道工序中已经得到,那么在本工序的尺寸链中封闭环为( )。

16. 数控机床使用的刀具必须具有较高强度和耐用度、铣削加工刀具常用的刀具材料是( )。

(A)硬质合金;(B)高速钢;(C)工具钢;(D)陶瓷刀片。

17. 在表面粗糙度的评定参数中,代号Ra指的是( )

(A)轮廓算术平均偏差;(B)微观不平十点高度;(C)轮廓最大高度;(D)以上都不正确。

18. 机械加工余量的变动范围是( )。

(A)前后工序尺寸之差;(B)前后工序尺寸公差之和;

(C)各工序尺寸公差之和;(D)毛坯尺寸公差

19. 孔加工循环结束后,刀具返回参考平面的指令为( )

(A)G96;(B)G97;(C)G98;(D)G99。

20. 当发生严重撞机事件后宜( )。

(A)休息片刻,再继缆操作;(B)继续强迫操作;

(C)停机作机器检修及刀具重新设定;(D)立即召开惩治会议。

21. 在G41或G42指令的程序段中不能用( )指令。

(A)G00或G01;(B)G02或G03;(C)G01或G02;(D)G01或G03。

22. 闭环控制系统的位置检测装置装在( )。

(A)传动丝杠上;(B)伺服电动机轴上;(C)机床移动部件上;(D)数控装置中。

23. 在磨一个轴套时,先以内孔为基准磨外圆,再以外圆为基准磨内孔,这是遵循( )的原则。

(A)基准重合;(B)基准统一;(C)自为基准;(D)互为基准。

24. 数控机床的运动配置有不同的形式,需要考虑工件与刀具相对运动关系及坐标方向,编写程序时,采用( )的原则编写程序。

(A)刀具固定不动,工件相对移动;

(B)铣削加工刀具只做转动,工件移动;车削加工时刀具移动,工件转动;

(C)分析机床运动关系后再根据实际情况;

(D)工件固定不动,刀具相对移动。

25. ( )是液压系统的执行元件。

(A)电动机;(B)液压泵;(C)液压缸;(D)液压控制阀。

26. 固定循环指令以及Z、R、Q、P指令是模态的,直到用( )指令撤销固定循环为止。

(A)G43;(B)G49;(C)G80;(D)G99。

27. 铣床主轴精度检验项目是属于( )。

(A)运动精度;(B)几何精度;(C)尺寸精度;(D)加工精度。

28. 数控机床配置的自动测量系统可以测量工件的坐标系、工件的位置度以及( )。

(A)粗糙度;(B)尺寸精度;(C)圆柱度;(D)机床的定位精度。

29. 如下图所示,一圆弧面中心点为X1=20.0,Z1=-5.0,R1=7.0,另一圆弧中心点为X2=48.32,Z2=13.12、R2=16,其相切点为( )。

(A)X3=28.62,Z3=0.52;(B)X3= 29.62,Z3=0.52;

(C)X3=28.62,Z3=1.52;(D)X3=29.62,Z3=1.52。

30. N75 G92 G01 G02 G03 X45 Y90 R65 F100程序段( )。

(A)G01有效;(B)G02有效;(C)G03有效;(D)都有效。

31. 整圆的直径为Ø40mm,要求由A(20,0)点逆时针圆弧插补并返回A点,其程序段格式为( )。

(A)G91 G03 X20.0 Y0 I-20.0 J0 F100;

(B)G90 G03 X20.0 Y0 I-20.0 J0 F100;

(C)G91 G03 X20.0 Y0 R-20.0 F100;

(D)G90 G03 X20.0 Y0 R-20.0 F100;

32. 暂停5秒,下列指令正确的是:( )

(A)G04P5000;(B)G04P500;(C)G04P50;(D)G04P5。

33. 数控铣床能够( )

(A)车削工件;(B)磨削工件;(C)刨削工件;(D)铣、钻工件

34. 在(50,50)坐标点,钻一个深10mm的孔,Z轴坐标零点位于零件表面上,则指令为( )。

(A)G85 X50.0 Y50.0 Z-10.0 R0 F50;

(B)G81 X50.0 Y50.0 Z-10.0 R0 F50 ;

(C)G81 X50.0 Y50.0 Z-10.0 R5.0 F50;

(D)G83 X50.0 Y50.0 Z-10.0 R5.0 F50。

35. 影响刀具半径补偿值主要因素是( )。

(A)进给量;(B)切削速度;(C)切削深度;(D)刀具半径大小。

36. 减小表面粗糙度的方法是(   )。

(A)减少切削速度v;(B)减少转速n;(C)减少进给量f;(D)减少背吃刀量ap。

37. 数控铣床一般采用半闭环控制方式,它的位置检测器是( )。

(A)光栅尺;(B)脉冲编码器;(C)感应同步器;(D)接触传感器。

38. 在铣床上镗孔,孔呈椭圆形状的主要原因是( )。

(A)铣床主轴与进给方向不平行;(B)镗杆刚性差;(C)镗刀尖磨损;(D)工件装夹不当。

39. 钻削时,切削热传出的途径中所占比例最大的是( )。

(A)刀具;(B)工件;(C)切屑;(D)空气介质。

40. 控制机械紧急停止之按钮,其工业安全颜色应以( ) 色为正确。

(A)红;(B)黄;(C)绿;(D)蓝。

二、判断题 (将判断结果填入括号中。正确的填“√”,错误的填“×”。每小题1分,共20分)

1. 在机床接通电源后,通常应做回零操作,使刀具或工作台退到机床参考点。( )

2. 退火的目的是:改善钢的组织;提高强度;改善切削加工性能。 ( )

3. 通常,适宜镗削的孔有通孔、盲孔、阶梯孔和带内回转沟槽的孔。(   )

4. 从A(X0,Z0)到B点(X38.6,Z-41.8),分别使用“G00”及”“G01”指令运动,其刀具路径相同。( )

5. 在指定固定循环之前,必须用辅助功能M03使主轴旋转。( )

6. 在镜像功能有效后,刀具在任何位置都可以实现镜像指令。( )

7. 切削大于180度的圆弧,其圆弧半径“R”值要使用正值。( )

8. 数控机床适用于大批量生产。( )

9. 数控机床是一种程序控制机床。( )

10. G40是数控编程中的刀具左补偿指令。( )

11. 采用顺铣,必须要求铣床工作台丝杠螺母副有消除侧向间隙机构,或采取其他有效措施。( )

12. 刀具前角越大,切屑越不易流出、切削力也越大,但刀具的强度越高。( )

13. 直线控制系统和点位控制系统相同,都是保证点到点之间的路径是直线。( )

14. 加工中心是一种带有刀库和自动刀具交换装置的数控机床。( )

15. 在同一程式纸带中,“EIA”码和“IS0”码可混合使用。( )

16. 数控机床的重复定位精度比定位精度高,是为了使加工零件的精度更高。( )

17. 数控机床的柔性表现在它的自动化程度很高。( )

18. 铣削过程中,切削液不应冲注在切屑从工件上分离下来的部位,否则会使铣刀产生裂纹。( )

19. 同组模态G代码可以放在一个程序段中,而且与顺序无关。( )

20. 为维持数控机床之床台润滑良好,自动润滑的油泵应调整至最大供油量。( )

三、简答题 (每小题4分,本题共20分;要求字迹工整)

1. 数控机床加工与普通机床加工相比有何特点?

















2. 简述加工中心的编程过程。



















3. 刀具返回参考点的指令有几个?各在什么情况上使用?



























7. 数控加工工序顺序的安排原则是什么?





























四、编制出图中所有加工部位的程序。(本题20分)

1.计算出图中标出的1—14节点的坐标值;

2.列出所用刀具和加工顺序;

3.编制出加工程序。


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文通过粉末冶金成形基础、粉末冶金成形及粉末冶金材料的介绍,可使大家掌握粉末冶金材料及成形工艺的特点,了解它们与传统材料工艺的不同。了解粉末冶金材料的种类及应用。
粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法,既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料,又可制 造各种精密的机械零件,省工省料。但其模具和金属粉末成本较高,批量小或制品尺寸过大时不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比,具有以下特点:
1.粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的,因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。
2.提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末,凝固速度极快、晶粒细小均匀,保证了材料的组织均匀,性能稳定,以及良好的冷、热加工性能,且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制,可提高强化相含量,从而发展新的材料体系。
3.利用各种成形工艺,可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件,大量减少机加工量。提高材料利用率,降低成本。
粉 末冶金的品种繁多,主要有:钨等难熔金属及合金制品;用Co、Ni等作粘结剂的碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)等硬质合金,用于制造 切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀,还可制造模具等;Cu合金、不锈钢及Ni等多孔材料,用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。随着粉 末冶金生产技术的发展,粉末冶金及其制品将在更加广泛的应用。
1 粉末冶金基础知识
⒈1 粉末的化学成分及性能
尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末,其计量单位一般是以微米(μm)或纳米(nm)。
1.粉末的化学成分
常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末,要求其杂质和气体含量不超过1%~2%,否则会影响制品的质量。
2.粉末的物理性能
⑴ 粒度及粒度分布
粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒,即二次颗粒。图7.1.1描绘了由若干一次颗粒聚集成二次颗粒的情形。实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。
⑵ 颗粒形状
即粉末颗粒的外观几何形状。常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等,可以通过显微镜的观察确定。
⑶ 比表面积
即单位质量粉末的总表面积,可通过实际测定。比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。
3.粉末的工艺性能
粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。
⑴ 填充特性
指在没有外界条件下,粉末自由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密度表示。粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关。
⑵ 流动性
指粉末的流动能力,常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。流动性受颗粒粘附作用的影响。
⑶ 压缩性
表示粉末在压制过程中被压紧的能力,用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示,在标准模具中,规定的润滑条件下测定。影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度,塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好;颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。
⑷ 成形性 指粉末压制后,压坯保持既定形状的能力,用粉末能够成形的最小单位压制压力表示,或用压坯的强度来衡量。成形性受颗粒形状和结构的影响。
1.2 粉末冶金的机理
1.压制的机理
压制就是在外力作用下,将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程。钢模冷压成形过程如图7.1.2所示。粉末装入阴模,通过上下 模冲对其施压。在压缩过程中,随着粉末的移动和变形,较大的空隙被填充,颗粒表面的氧化膜破碎,颗粒间接触面积增大,使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔 合作用增强,从而形成具有一定密度和强度的压坯。
2.等静压制
压力直接作用在粉末体或弹性模套上,使粉末体在同一时间内各个方向上均衡受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的过程。按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类。
⑴ 冷等静压制
即 在室温下等静压制,液体为压力传递媒介。将粉末体装入弹性模具内,置于钢体密封容器内,用高压泵将液体压入容器,利用液体均匀传递压力的特性,使弹性模具 内的粉末体均匀受压。因此,冷等静压制压坯密度高,较均匀,力学性能较好,尺寸大且形状复杂,已用于棒材、管材和大型制品的生产。
⑵ 热等静压制
把粉末压坯或装入特制容器内的粉末体置入热等静压机高压容器中,施以高温和高压,使这些粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程。在高温下的等静压 制,可以激活扩散和蠕变现象的发生,促进粉末的原子扩散和再结晶及以极缓慢的速率进行塑性变形,气体为压力传递媒介。粉末体在等静压高压容器内同一时间经 受高温和高压的联合作用,强化了压制与烧结过程,制品的压制压力和烧结温度均低于冷等静压制,制品的致密度和强度高,且均匀一致,晶粒细小,力学性能高, 消除了材料内部颗粒间的缺陷和孔隙,形状和尺寸不受限制。但热等静压机价格高,投资大。热等静压制已用于粉末高速钢、难熔金属、高温合金和金属陶瓷等制品 的生产。
3.粉末轧制
将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中,可轧出具有一定厚度、长度连续、强度适 宜的板带坯料。这些坯体经预烧结、烧结,再轧制加工及热处理等工序,就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板带材。粉末轧制制品的密度比较高,制品的 长度原则上不受限制,轧制制品的厚度和宽度会受到轧辊的限制;成材率高为80%~90%,熔铸轧制的仅为60%或更低。粉末轧制适用于生产多孔材料、摩擦 材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材。
4.粉浆浇注
是金属粉末在不施加外力的情况下成形的,即将粉末加水或其它液体及悬浮剂调制成粉浆,再注入石膏模内,利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的悬浮剂有 聚乙烯醇、甘油、藻肮酸钠等,作用是防止成形颗粒聚集,改善润湿条件。为保证形成稳定的胶态悬浮液,颗粒尺寸不大于5μm~10μm,粉末在悬浮液中的质 量含量为40%~70%。粉浆成形工艺参见本书6.2.2。
5.挤压成形
将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同,分为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度 下(40℃~200℃)挤压成坯块;粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤,热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材 料。挤压成形设备简单,生产率高,可获得长度方向密度均匀的制品。
挤压成形能挤压出壁很薄直经很小的微形小管,如厚度仅0.01mm,直径1mm的粉末冶金制品;可挤压形状复杂、物理力学性能优良的致密粉末材料,如烧结 铝合金及高温合金。挤压制品的横向密度均匀,生产连续性高,因此,多用于截面较简单的条、棒和螺旋形条、棒(如麻花钻等)。
6.松装烧结成形
粉末未经压制而直接进行烧结,如将粉末装入模具中振实,再连同模具一起入炉烧结成形,用于多孔材料的生产;或将粉末均匀松装于芯板上,再连同芯板一起入炉烧结成形,再经复压或轧制达到所需密度,用于制动摩擦片及双金属材料的生产。
将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同,分为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度 下(40℃~200℃)挤压成坯块;粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤,热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材 料。挤压成形设备简单,生产率高,可获得长度方向密度均匀的制品。
7.爆炸成形
借助于爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法。爆炸成形的特点是爆炸时产生压力很高,施于粉末体上的压力速度极快。如炸药爆炸后,在几微秒时间内产生的冲击 压力可达106MPa(相当于107个大气压),比压力机上压制粉末的单位压力要高几百倍至几千倍。爆炸成形压制压坯的相对密度极高,强度极佳。如用炸药 爆炸压制电解铁粉,压坯的密度接近纯铁体的理论密度值。
爆炸成形可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料,如难熔金属、高合金材料等,还可压制普通压力无法压制的大型压坯。
除上述方法外,还有注射成形及热等静压制新技术等新的成形方法。
2.烧结的机理
烧结是粉末或压坯在低于其主要组分熔点温度以下的热处理过程,目的是通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。随着温度升高,粉末或压坯中产生一系列的物理、化 学变化:水和有机物的蒸发或挥发、吸附气体的排除、应力消除以及粉末颗粒表面氧化物的还原等,接着粉末表层原子间的相互扩散和塑性流动。随着颗粒间接触面 的增大,会产生再结晶和晶粒长大,有时出现固相的熔化和重结晶。以上各过程常常会相互重叠,相互影响,使烧结过程变得十分复杂。烧结过程中制品显微组织的 变化如图7.1.3所示。
2 粉末冶金工艺
2.1 粉末制备
金属粉末的制备方法分为两大类:机械法和物理化学法。还有新研制的机械合金化法,汞齐法、蒸发法、超声粉碎法等超微粉末制造技术。制备方法决定着粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧结性等。
2.2粉末的预处理
粉末的预处理包括粉末退火、分级、混合、制粒、加润滑剂等。
1. 退火
粉末的预先退火可以使氧化物还原,降低碳和其它杂质的含量,提高粉末的纯度;同时,还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。退火温度根据金属粉末的 种类而不同,通常为金属熔点的0.5~0.6K。通常,电解铜粉的退火温度约为300,电解铁粉或电解镍粉的约为700℃,不能超过900℃。退火一般用 还原性气氛,有时也用真空或惰性气氛。
2.分级
将粉末按粒度大小分成若干级的过程。分级使配料时易于控制粉末的粒度和粒度分布,以适应成形工艺要求,常用标准筛网筛分进行分级。
3.混合
指将两种或两种以上不同成分的粉末均匀化的过程。混合基本上有两种方法:机械法和化学法,广泛应用的是机械法,将粉末或混合料机械的掺和均匀而不发生化学 反应。机械法混料又可分为干混和湿混,铁基等制品生产中广泛采用干混;制备硬质合金混合料则常使用湿混。湿混时常用的液体介质为酒精、汽油、丙酮、水等。 化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合;或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合,然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀分布的混 合物。
常需加入的添加剂,用于提高压坯强度或防止粉末成分偏析的增塑剂(汽油、橡胶溶液、石蜡等),用于减少颗粒间及压坯与模壁间摩擦的润滑剂(硬质酸锌、二硫化钼等)。
4.制粒
将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序,常用来改善粉末的流动性。常用的制粒设备有振动筛、滚筒制粒机、圆盘制粒机等。
2.3 成形
成形是将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。常用的成形方法有模压、轧制、挤压、等静压、松装烧结成形、粉浆浇注和爆炸成形等。
1.模压
即粉末料在压模内压制。室温压制时一般需要约1吨/厘米2以上的压力,压制压力过大时,影响加压工具;并且有时坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等。压制压力的最大限度为12—15吨/厘米2。超过极限强度后,粉末颗粒发生粉碎性破坏。
图7.2.1 常用的模压方法
1、8—固定模冲 2、6—固定阴模 3—粉末
4、5、7、10—运动模冲
9—浮动阴模
常用的模压方法有单向压制、双向压制、浮动模压制等。⑴ 单向压制
即固定阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制的方法,如图7.2.1(a)所示。单向压制模具简单,操作方便,生产效率高,但压制时受摩擦力的影响,制品密度不均匀,适宜压制高度或厚度较小的制品。
⑵ 双向压制
阴模中粉末在相向运动的模冲之间进行压制的方法,如图7.2.1(b)所示。双向压制比较适宜高度或厚度较大的制品。双向压制压坯的密度较单向压制均匀,但双向同时加压时,压坯厚度的中间部分密度较低。
⑶ 浮动压制
浮动阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制,如图7.2.1(c)。阴模由弹簧支承,处于浮动状态,开始加压时,由于粉末与阴模壁间摩擦 力小于弹簧支承力,只有上模冲向下移动;随着压力增大,当二者的摩擦力大于弹簧支承力时,阴模与上模冲一起下行,与下模冲间产生相对移动,使单向压制转变 为压坯的双向受压,而且压坯双向不同时受压,这样压坯的密度更均匀。
2.4 烧结
1.烧结的方法
不同的产品、不同的性能烧结方法不一样。
⑴ 按原料组成不同分类。可以将烧结分为单元系烧结、多元系固相烧结及多元系液相烧结。单元系烧结是纯金属(如难熔金属和纯铁软磁材料)或化合物 (Al2O3、B4C、BeO、MoSi2等)熔点以下的温度进行固相烧结。多元系固相烧结是由两种或两种以上的组元构成的烧结体系,在其中低熔成分的熔 点温度以下进行的固相烧结。粉末烧结合金多属于这一类。如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、 Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、 Cu-C、Cu-W、Ag-W等。多元系液相烧结以超过系统中低熔成分熔点的温度进行的烧结。如W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、 Fe-Cu(Cu>10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、 Fe-Cu(Cu<10%)等
⑵ 按进料方式不同分类。分为为连续烧结和间歇烧结。
连续烧结
烧结炉具有脱蜡、预烧、烧结、制冷各功能区段,烧结时烧结材料连续地或平稳、分段地完成各阶段的烧结。连续烧结生产效率高,适用于大批量生产。常用的进料方式有推杆式、辊道式和网带传送式等。
间歇烧结
零件置于炉内静止不动,通过控温设备,对烧结炉进行需要的预热、加热及冷却循环操作,完成烧结材料的烧结过程。间歇烧结可依据炉内烧结材料的性能确定合适的烧结制度,但生产效率低,适用于单件、小批量生产,常用的烧结炉有钟罩式炉、箱式炉等。
除上述分类方法外。按烧结温度下是否有液相分为固相烧结和液相烧结;按烧结温度分为中温烧结和高温烧结(1100~1700℃),按烧结气氛的不同分为空 气烧结,氢气保护烧结(如钼丝炉、不锈钢管和氢气炉等)和真空烧结。另外还有超高压烧结、活化热压烧结等新的烧结技术。
2.影响粉末制品烧结质量的因素
影响烧结体性能的因素很多,主要是粉末体的性状、成形条件和烧结的条件。烧结条件的因素包括加热速度、烧结温度和时间、冷却速度、烧结气氛及烧结加压状况等。
⑴ 烧结温度和时间
烧结温度的高低和时间的长短影响到烧结体的孔隙率、致密度、强度和硬度等。烧结温度过高和时间过长,将降低产品性能,甚至出现制品过烧缺陷;烧结温度过低或时间过短,制品会因欠烧而引起性能下降。
⑵ 烧结气氛
粉末冶金常用的烧结气氛有还原气氛、真空、氢气氛等。烧结气氛也直接影响到烧结体的性能。在还原气氛下烧结防止压坯烧损并可使表面氧化物还原。如铁基、铜 基制品常采用发生炉煤气或分解氨,硬质合金、不锈钢常采用纯氢。活性金属或难熔金属(如铍、钛、锆、钽)、含TiC的硬质合金及不锈钢等可采用真空烧结。 真空烧结能避免气氛中的有害成分(H2O、O2、H2)等的不利影响,还可降低烧结温度(一般可降低100~150℃)。
2.5 后处理
指压坯烧结后的进一步处理,根据产品具体要求决定是否需要后处理。常用的后处理方法有复压、浸渍、热处理、表面处理和切削加工等。
1.复压
为提高烧结体物理和力学性能而进行的施加压力处理,包括精整和整形等。精整是为达到所需尺寸而进行的复压,通过精整模对烧结体施压以提高精度。整形是为达 到特定的表面形状而进行的复压,通过整形模对制品施压以校正变形且降低表面粗糙度值。复压适用于要求较高且塑性较好的制品,如铁基、铜基制品。
2.浸渍
用非金属物质(如油、石蜡和树脂等)填充烧结体孔隙的方法。常用的浸渍方法有浸油、浸塑料、浸熔融金属等。浸油即在烧结体内浸入润滑油,改善其自润滑性能 并防锈,常用于铁、铜基含油轴承。浸塑料是采用聚四氟乙烯分散液,经固化后,实现无油润滑,常用于金属塑料减摩零件。浸熔融金属可提高强度及耐磨性,铁基 材料常采用浸铜或铅。
3.热处理
对烧结体加热到一定温度,再通过控制冷却方法等处理,以改善制品性能的方法。常用的热处理方法有淬火、化学热处理、热机械处理等,工艺方法一般与致密材料 相似。对于不受冲击而要求耐磨的铁基制件可采用整体淬火,由于孔隙的存在能减少内应力,一般可以不回火。而要求外硬内韧的铁基制件可采用淬火或渗碳淬火。 热锻是获得致密制件常用的方法,热锻造的制品晶粒细小,且强度和韧性高。
4.表面处理
常用的表面处理方法有蒸汽处理、电镀、浸锌等。蒸汽处理是工件在500~560℃的热蒸汽中加热并保持一定时间,使其表面及孔隙形成一层致密氧化膜的表面 工艺,用于要求防锈、耐磨或防高压渗透的铁基制件。电镀应用电化学原理在制品表面沉积出牢固覆层,其工艺方法同致密材料。电镀用于要求防锈、耐磨及装饰的 制件。
此外,还可通过锻压、焊接、切削加工、特种加工等方法进一步改变烧结体的形状或提高精度,以满足零件的最终要求。电火花加工、电子束加工、 激光加工等特种加工方法以及离子氮化、离子注入、气相沉积、热喷涂等表面工程技术已用于粉末冶金制品的后处理,进一步提高了生产效率和制品质量。
3 粉末冶金零件结构的工艺性
粉末冶金材料常用的成形方法是在刚性封闭模具中将金属粉末压缩成形,模具成本较高;由于粉末流动性较差,且又受到摩擦力的影响,压坯密度一般较低且分布不 均匀,强度不高,薄壁、细长形和沿压制方向呈变截面的制品还难以成形。因此,采用压制成形的零件结构的设计应注意下列问题。
⑴ 尽量采用简单、对称的形状,避免截面变化过大以及窄槽、球面等,以利于制模和压实,如图7.3.1所示。
⑵ 避免局部薄壁,以便装粉压实和防止出现裂纹,如图7.3.2所示。
⑶ 避免侧壁上的沟槽和凹孔,以利于压实或减少余块。
⑷ 避免沿压制方向截面积渐增,以利于压实。各壁的交接处应采用圆角或倒角过渡,避免出现尖角,以利于压实及防止模具或压坯产生应力集中。
4:粉末冶金材料
粉末冶金是一项很有发展的新技术、新工艺,已广泛应用在农机、汽车、机床、冶金、化工、轻工、地质勘探、交通运输等各方面。粉末冶金材料有工具材料及机械 零件和结构材料。工具材料大致有粉末高速钢、硬质合金、超硬材料、陶瓷工具材料及复合材料等。机械零件和结构材料有粉末减摩材料,包括多孔减摩材料和致密 减摩材料;粉末冶金铁基零件及粉末冶金非铁金属零件等。
1.硬质合金
硬质合金由硬质基体(质量分数为70%~97% )和粘结金属两部分组成。硬质基体是难熔金属的碳化物,如碳化钨及碳化钛等;粘结金属为铁族金属及合金,以钴为主。
⑴ 硬质合金的种类和牌号
硬质合金为一种优良的工具材料,主要用作切削刀具、金属成形工具、矿山工具、表面耐磨材料及高刚性结构部件。类型有含钨硬质合金,钢结硬质合金,涂层硬质 合金,细晶粒硬质合金等。钢结硬质合金是一种新型的工模具材料,性能介于高速工具钢和硬质合金之间,是以一种或几种碳化物(如WC、TiC)为硬化相,以 碳钢或合金钢(如高速工具钢、铬钼钢等)粉末为粘结剂,经配料、压制、烧结而制成的粉末冶金材料。退火处理后,可进行切削加工;淬火、回火处理后,有相当 于硬质合金的高硬度和耐磨性,一定的耐热、耐蚀和抗氧化性。适于制造麻花钻、铣刀等形状复杂的刀具、模具和耐磨件。
含钨硬质合金按其成分和性能特点分为钨钴类(WC -Co系)、钨钛钴类(WC-TiC-Co系)、钨钛钽(铌)类[WC-TiC-TaC(NbC)-Co系、WC –TaC(NbC)-Co系]。钨钴类硬质合金的主要化学成分是碳化钨(WC)及钴。牌号为“YG+数字”(YG为“硬钴”汉语拼音字首),数字表示钴平 均质量分数。如YG6表示钴平均质量分数为6%,余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。该类合金的抗弯强度高,能承受较大的冲击,磨削加工性较好,但热硬性较低 (800~900℃),耐磨性较差,主要用于加工铸铁和非铁金属的刃具。
钨钛钴类硬质合金的主要化学成分是碳化钨、碳化钛(TiC)及钴。牌号为“YT+数字”(YT为“硬钛”汉语拼音字首),数字表示碳化钛平均质量分数。如 YT15表示TiC为15%,其余为WC和Co的硬质合金。该类硬质合金的热硬性高(900~1100℃),耐磨性好,但抗弯强度较低,不能承受较大的冲 击,磨削加工性较差,主要用于加工钢材。
钨钛钽(铌)类硬质合金又称为通用硬质合金或万能硬质合金。它是由碳化钨、碳化钛、碳化钽(TaC)或碳化铌(NbC)和钴组成。牌号为“YW+顺序号” (YW表示“硬万”汉语拼音字首),如YW1表示万能硬质合金。该类硬质合金是在上述硬质合金中添加TaC或NbC,它的热硬性高(> 1000℃),其它性能介于钨钴类与钨钛钴类之间,它既能加工钢材,又能加工非铁金属。
⑵ 硬质合金的性能及应用
1) 性能
硬质合金的硬度高,室温下达到86~93HRA,耐磨性好,切削速度比高速工具钢高4~7倍,刀具寿命高5~80倍,可切削50HRC左右的硬质材料;抗 弯强度高,达6000MPa,但抗弯强度较低,约为高速工具钢的1/3~1/2,韧性差,约为淬火钢的30%~50%;耐蚀性和抗氧化性良好;线膨胀系数 小,但导热性差。
2) 应用
硬质合金主要用于制造高速切削或加工高硬度材料的切削刀具,如车刀、铣刀等;也用作模具材料(如冷拉模、冷冲模、冷挤模等)及量具和耐磨材料。根据 GB2075—87规定,切削加工用硬质合金按切削排出形式和加工对象范围不同,分为P、M、K三个类别,同时又依据加工材质和加工条件不同,按用途进行 分组,在类别后面加一组数字组成代号。如P01、P10、P20……,每一类别中,数字越大,韧性越好,耐磨性越低。
2.粉末高速钢
高速钢的合金元素含量高,采用熔铸工艺时会产生严重的偏析使力学性能降低。金属的损耗也大,高达钢锭重量的30%~50%。粉末高速钢可减少或消除偏析, 获得均匀分布的细小碳化物,具有较大的抗弯强度和冲击强度;韧性提高50%,磨削性也大大提高;热处理时畸变量约为熔炼高速钢的十分之一,工具寿命提高 1~2倍。
采用粉末冶金方法还可进一步提高合金元素的含量以生产某些特殊成分的钢。如成份为9W-6Mo-7Cr-8V-8Co-2.6C的A32高速钢,切削性能是熔炼高速钢的1~4倍。
常用高速钢牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2,含有0.7%~0.9%C,及>10%的钨、铬、钼、钒等合金元素。其中碳保证高速钢具有高硬度和高耐磨性,钨和钼提高钢的热硬性,铬提高钢的淬透性,而钒则提高钢的耐磨性。
3.铁和铁合金的粉末冶金
在粉末冶金生产中,铁粉的用量比其金属粉末大得多。铁粉的60%~70%用于制造粉末冶金零件。主要类型有铁基材料、铁镍合金、铁铜合金及铁合金和钢。粉 末冶金铁基结构零件具有精度较高,表面粗糙值小,不需或只需少量切削加工,节省材料,生产率高,制品多孔,可浸润滑油,减摩、减振、消声等特点。广泛用于 制造机械零件,如机床上的调整垫圈、调整环、端盖、滑块、底座、偏心轮,汽车中的油泵齿轮、活塞环,拖拉机上的传动齿轮、活塞环,以及接头、隔套、油泵转 子、挡套、滚子等。
粉末冶金铁基结构材料的牌号用“粉”、“铁”、“构”三字的汉语拼音字首“FTG”,加化合碳含量的万分数、主加合金元素的符号及其含量的百分数、辅加合 金元素的符号及其含量的百分数和抗拉强度组成。如FTG60-20,表示化合碳量0.4%~0.7%,抗拉强度200MPa的粉末冶金铁基结构材料; FTG60Cu3Mo-40,表示化合碳量0.4%~0.7%,合金元素含量Cu2%~4%、Mo0.5%~1.0%,抗拉强度400MPa的粉末冶金铁 基结构材料;FTG60Cu3Mo-40(55R),表示该烧结铜钼钢热处理后的抗拉强度为550MPa。
4.摩擦材料和减摩材料
粉末冶金摩擦材料是一种复合材料,它由高摩擦系数组元、高耐磨组元和高机械强度的组元所组成,用作离合器和制动器材料;粉末冶金减摩材料能够控制材料的孔 隙,而这些孔隙中可以浸渗油,也能以固体润滑剂分布在金属里的复合材料的形式来制造,其中自润滑轴承在粉末冶金制品中占有重要的地位。摩擦材料和减摩材料 是粉末冶金的特殊制品。
粉末冶金摩擦材料根据基体金属不同分为铁基材料和铜基材料,其辅助组元为润滑组元和摩擦组元。润滑组元有石墨和铅,占摩擦材料的5%~25%,改善材料的 抗粘、抗卡性,提高耐磨性;摩擦组元有SiO2、SiC、Al2O3等,提高材料的摩擦系数,改善耐磨性,防止焊合。据工作条件不同,分为干式和湿式材 料,湿式材料宜在油中工作。其牌号由“粉摩”两字的汉语拼音字首“FM”,加基体金属骨架组元序号(铜基为1,铁基为2)、顺序号和工作条件汉语拼音字首 “S”或“G”组成。如FM101S,表示顺序号为01的铜基、湿式粉末冶金摩擦材料;FG203G,表示顺序号为03的铁基、干式粉末冶金摩擦材料。
粉末冶金减摩材料分为铁基材料和铜基材料,具有多孔性,主要用来制造滑动轴承。这种轴承材料压制成轴承后,放在润滑油中因毛细现象可吸附润滑油(一般含油 率12%~30%),故称含油轴承。轴承在工作时,由于发热膨胀使孔隙变小;轴旋转时带动轴承间隙中的空气层,降低了摩擦表面的静压力,在粉末空隙内外形 成压力差,使润滑油被抽到工作表面。停止工作时,润滑油又渗入孔隙中,故含油轴承可自动润滑。
粉末冶金减摩材料的牌号由粉末冶金滑动轴承的“粉”、“轴”两字汉语拼音字首“FZ”,加上基体主加组元序号(铁基为1,铜基为2)、辅加组元序号和含油 密度组成。如FZ1360,表示辅加组元为碳、铜,含油密度为5.7~6.2g/cm3的铁基粉末滑动轴承用减摩材料。
5.粉末冶金非铁金属机械零件
烧结金属非铁金属材料应用较多的是铜及其合金,另外还有铝烧结制品、烧结钛及钛合金。
⑴ 烧结铜及铜合金
烧结纯铜应用较少,只用于要求高导电性和无磁性零件。常用的烧结铜基合金有青铜(铜-锡)和黄铜(铜-锌),还有铜-镍-锌、铜-镍、铜-铝等合金系。铜基材料具有耐腐蚀的特点,有一定的强度和韧性,较容易进行加工,采用一般的压制烧结工艺即可生产。
烧结铜基合金多用于制造含油轴承、摩擦材料、电器接点材料及发汗材料的渗透金属,作为高密度机械零件常用于制作小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等,也可用粉末轧制的方法生产带材。
⑵ 铝烧结制品
铝基材料与铁基、铜基材料的性能相近,但质量轻,节约能源。铝烧结制品与其压铸件相比尺寸精度高、组织均匀,粉末锻造铝基材料的抗拉强度和屈服强度均高于 普通铝锻件。铝烧结材料可用做精密机械零件、多孔含油轴承材料和过滤材料,在交通运输、仪器仪表、家庭用具、宇宙飞行等方面均有应用。
烧结铝制件几乎可以用所有的粉末冶金工艺生产。成形工艺有模压、等静压、轧制、挤压等。烧结在低露点(-40℃)的惰性或还原性气氛中进行,也可在真空中 进行烧结。通过复压、冷锻或热锻进一步提高烧结件的密度和强度。为获得美观的表面可进行机械抛光、化学处理和电化处理。铝与铜合金性能的比较分别如表 7.4.9。
⑶ 烧结钛及钛合金
钛的密度小、强度高、耐蚀性好、使用温度范围广(540℃~-253℃)。钛基航空结构材料多用热锻、热等静压、热压、热挤压、粉末热轧等热成形工艺,以增加制品的密度,改善制品的性能。典型的钛基合金为Ti-6Al-4V,用于制做飞机机架配件。
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一、科学选择数控刀具

1、选 择 数控刀具的原则

刀具 寿 命 与切削用量有密切关系。在制定切削用量时,应首先选择合理的刀具寿命,而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种,前者根据单件工时最少的目标确定,后者根据工序成本最低的目标确定。

选择 刀 具
寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具,由于换刀时间短,为了
充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿命可选得低些,一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具,
刀具寿命应选得高些,尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时,该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担
到的全厂开支M较大时,刀具寿命也应选得低些。大件精加工时,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀,刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与
普通机床加工方法相比,数控加工对刀具提出了更高的要求,不仅需要冈牲好、精度高,而且要求尺寸稳定,耐用度高,断和排性能坛同时要求安装调整方便,这样
来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。

2、 选 择 数控车削用刀具

数控 车 削
车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工
中,常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车
刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成,如900内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是
几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同,但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑,并应兼顾刀尖本身的强度。


二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖,应此,刀位点不在圆弧
上,而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面,特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧
半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径,以免发生加工干浅该半径不宜选择太小,否则不但制造困难,还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀
损坏。

3、 选 择 数控铣削用刀具

在数 控 加
工中,铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀,该刀具有关参数的经验数据如下:一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin,一般
取RD=(0.8一0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<
(1/4-1/6)RD,以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时,由于槽底两次走刀需要搭接,而刀具底刃起作用的半径Re=R-r,,
即直径为d=2Re=2(R-r),编程时取刀具半径为Re=0.95
(Rr)。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。

目前 , 数
控机床上大多使用系列化、标准化刀具,对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装置的机床,刀具
的刀柄都已有系列化和标准化的规定,如锥柄刀具系统的标准代号为TSG-JT,直柄刀具系统的标准代号为DSG-JZ,此外,对所选择的刀具,在使用前都
需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据,并由操作者将这些数据输入数据系统,经程序调用而完成加工过程,从而加工出合格的工件。

二、设置刀点和换刀点


刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始,必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置,这一位置即为程序执行时刀具相对于工件
运动的起点,所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定,所以,该点又称对刀点。在编制程序时,要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:
便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查;引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上,也可以设置在夹具上或机床上,为了提高零
件的加工精度,对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时,可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上,即“刀位点”与“对刀
点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点,车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点;球头铣刀是球头的球心,钻
头是钻尖等。用手动对刀操作,对刀精度较低,且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等,以减少对刀时间,提高对刀精度。加工过程中需
要换刀时,应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置,换刀点应设在工件或夹具的外部,以换刀时不碰工件及其它部件为准。

三、确定切削用量


数控编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法,需要选
用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度,并充分发挥机床的性能,最大限度
提高生产率,降低成本。

1、 确定主轴转速

主轴 转 速 应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:n= 1 0 00 v/7 1D
式 中: v— 切削速度,单位为m/m动,由刀具的耐用度决定; n一一主轴转速,单位为r/min, D— 工件直径或刀具直径,单位为mm。计算的主轴转速n,最后要选取机床有的或较接近的转速。

2、 确 定 进给速度


进给速度是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性
能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取;在
切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给速度应选小
些,一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时,特别是远距离“回零”时,可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

3、确定背吃刀量


背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定,在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。为了保证
加工表面质量,可留少量精加工余量,一般0.2一0.5m m,总之 ,切 削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

同时,使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应,以形成最佳切削用量。


切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数,而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充
分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩),在保证质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。

参考文献:

1、太原市金属切削刀具协会.金属切削实用刀具技术.北京:机械工业出版社.2002
2、机床加工技能训练.中国劳动出版社.1996年5月
3、华丽娟,徐朔.数控加工技术[iJ‘教学改革探索
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引言
随着超精密加工技术的飞速发展,特别是计算 机辅助制造(CAM)技术在超光滑表面加工领域 的广泛应用,人们现在已经把主要精力瞄准发展可 靠的数据模型系统,以便加工前能够对切削参数进 行优选。这里我们用回归分析的方法,在大量的试 验和观察中寻找隐藏在随机性后面的统计规律性, 最终来达到加工前设计、预测和控制表面粗糙度的 目的。回归分析法是一种常用的数学方法,随着正 交多项式回归和逐步回归分析等方法的引入,它在 表面粗糙度预测领域中的应用越来越广泛。为寻求 最佳切削参数以控制表面粗糙度,人们越来越希望 以较少的实验建立精度较高的表面粗糙度预测模 型,从而摆脱古典回归分析的被动局面,主动地把 试验的安排、数据的处理和回归方程的精度统一起 来加以考虑。根据实验目的和数据分析来选择实验 点,这样不仅使得在每个实验点上获得的数据含有 大量的信息,而且实验次数少,建立的数学模型效 率高,为切削参数的优选以及超光滑表面粗糙度预 测和控制开辟了新路。
l 数学模型的设定

2 实验规划和变量编码设计

合理地设计实验能够减少实验的次数,本文在 以x1、x2、x3为坐标轴的编码空间中选择实验点进 行变量编码设计的时候,从容易计算的角度出发,同 时也综合考虑了机床的加工能力和极限切削条件。 用前12个实验推导表面粗糙度的一次预测方程,其 中中心实验点(9、10、11、12)用于估算实验误差,该 误差在以后还将被用于估算置信区间。在许多情况 下,一次预测方程已经能够满足要求,但二次预测方 程可能拟合得更好。于是,又进行了后12次实验,使 用全部24个实验点来推导二次预测方程[1]。

3 实验条件

实验是在哈尔滨工业大学精密工程研究所研制 的HCM-I型亚微米超精密车床上进行的,被加工 的材料为铝合金(AlCu4Mgl),使用的刀具为英国 Contour Fine Tooling公司生产的金刚石圆弧刃车 刀,车刀前角为-25°,刀具圆弧半径为1.5mm, 刃口半径为190nm,切削是在无切削液的条件下进 行的,超精密车床的结构如图2所示。加工后的每 一个表面粗糙度值是使用 AFM进行10次测量平 均求得。

4 表面粗糙度预测模型的推导及其适用范围
第一、二组12个实验完成以后,假定一次模 型中的四个回归系数利用最小二乘法求得,其基本 公式为:b=(xTx)-1xTy[3,4],前两组12个实验 中的独立变量x、响应值y的矩阵分别为: xT为x的转置矩阵,(xTx)-1为(xTx)的 逆矩阵,y为测量粗糙度对数值组成的矩阵,因 此,利用第一、二组12个实验测得的实验数据, 按照公式可以求得b0、b1、b2、b3,从而推导出 粗糙度预测模型,估算的粗糙度用对数值y来表 示。

5 粗糙度预测模型的显著性检验
事实上,在建立模型前,我们并不能预先判定随机变量y与变量x1、x2、x3之间是否有直接关系,表面粗糙预测模型只是一种假设,尽管这种假设不是没有根 据的,但在求出模型以后,有必要进行粗糙度预测模型的显著性检验,并由此判定预测模型拟合程度的好坏,随机变量的估计值与真实值的接近程度通常用置信区间 来表示,对于二次模型来说,中心实验点、立方体顶点和增长实验点的95%置信区间分别用下列公式计算:
模型的显著性检验用统计量F1进行,其计算结果如表2所示。
对于一次预测方程,经计算求得失拟均方和与误差均方和的比值F1=0.167,小于F0.05(5,3)=9.01。检验结果表明,一次预测方程与实际情况拟合得很好,可以用来预测表面粗糙度。
对于二次预测议程,经计算求得一次项、二次项 均方和与误差均方和的比值F1都大于F0.05(3,8) =4.07,因此二次预测方程中的一次项、二次项是显 著的;相互作用项的均方和与误差均方和的比值F1 =2.5018,略微小于F0.05(3,8)=4.07,在模型中的 作用不明显;失拟均方和与误差均方和的比值F1= 0.0541远远小于F0.05(3,8)=4.07,检验结果再次 表明,二次预测方程与实际情况拟合得更好,同样可 以用来预测表面粗糙度[5,6]。
6 粗糙度预测模型的使用与分析
6.1 一次预测模型的分析
在上述的条件下,从预测模型和图3中粗糙度 值分别为14nm、16nm和18nm一次响应面图上可 以反映出:随着切削速度的增加,表面粗糙度值降 低,其值在10-20nm之间变化,这主要是受加工 所使用机床的动特性的影响。从AFM测得的表面 微观形貌照片上也能清楚地看到这一变化规律。
从实验获得的表面粗糙度预测模型来看,切深 减小使加工表面粗糙度值加大,图6和图7为υ= 113m/min,f=2.6μm/rev,ap分别为 2.25μm和 4μm的时候用AFM测得的加工表面微观形貌图。经 分析发现,本次实验所使用刀具的刃口半径 ρ(190nm)较大,故切深小时切削困难,变质层加 大,从而导致表面粗糙度加大。事实上,在刀具刃口 半径尸足够小(ρ≤50nm)、切削深度 ap在0.1— 10μm之间变化的时候,切削深度并不影响加工变质 层和表面残余应力,因此对加工表面粗糙度的影响很小。 图8和图9为υ=188m/min,ap=3.0μm,f分别为 3.6μm/rev和2.5μm/rev的时候用AFM测得的加工表面微观形貌图,从图中可以看出;在切削速度、切削深度为常量,进给量 f≤5μm/rev的时候,小进给量可以得到小的表面粗糙度。
6.2 二次预测模型的优化
由表面粗糙度预测模型可以看出:要获得一个表面粗糙度值,切削参数υ、f、ap的组合方式有许多,从控制表面粗糙度的角度出发,应该昼选用3个参数之间的 最佳组合,以便使加工获得的表面粗糙度值最小,这就涉及到模型中变量的优化问题。这里利用机械优化设计中的约束变尺度法编制软件,在特定的切削条件下 (91m/min≤υ≤388m/min,2.0μm≤ap≤4.5μm,2.5μm/rev≤f≤3.6μm/rev),通过10次迭代,得到切削参数 组合的最优点为:υ*=388m/min,f*=3.6μm/rev,ap*=3.0μm,加工获得的表面粗糙度最小值可以达到10.237nm。
7 结论
利用回归分析法建立的表面粗糙度预测模型可以通过较少的实验,获得大量的信息,而且在特定的条例上可以利用机械优化设计方法对切削参数进行优选,实现加工 前预测并控制表面质量的目的;通过推导出的一次预测议程可以知道:在上述的加工条件下,使用金刚石刀具超精密加工铝合金的时候,随着切削速度的切削浓度的 啬,表面粗糙度降低;随着进给量的增大,表面粗糙度增大。另外,如果适当地增大切削参数的取值,可以在更大范围内建立起超精密车削铝匐金表面粗糙度预测模 型,也可以用该种方法建立其它金属加工表面粗糙度预测模型。其缺点是表面粗糙度测量时测量时受随机误差的影响,这给模型的建立带来一定误差,克服该总是的 办法是表面粗糙度测量时使用高分辩率的测量仪器,第一个值经过多次测量平均后求得。
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