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 1.引言
 
 表面涂层技术的发展与应用对刀具性能的改善和切削加工技术的进步起到了十分关键的作用,涂层刀具已成为现代刀具的重要标志。常用的刀具涂层材料
主要有TiC、TiN、Al2O3、TiCN、TiAlN、CBN等。TiAlN作为一种新型涂层材料,具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩
擦系数小、导热率低等优良特性,尤其用于高速切削时性能优异。在日本和我国台湾地区,TiAlN涂层刀具的应用已相当广泛。本文介绍的新型TiAlN涂层
铣刀采用超细颗粒(直径约1μm)碳化钨—钴硬质合金基体,表面采用特殊的低温物理气相沉积(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN单层涂层(厚度约
6μm)。TiAlN涂层表面生成高强度的氧化物(刚玉),涂层中的Ti含量控制在37%左右,Al含量控制在10%~13%之间,以保证刃口的锋利性。
新型TiAlN涂层与TiN涂层的主要性能比较见表1。
  表1新型TiAlN涂层与TiN涂层主要性能比较
  涂层性能-TiAlN涂层-TiN涂层
  维氏硬度Hv(kgf/m2)-2720-1930
  氧化温度(℃)-840-620
  划痕测试临界负荷粘附力(N)-80.3-60.3
  结构特征-细柱状面心立方结构-面心立方结构
  摩擦性能-与钢摩擦系数0.30-与钢摩擦系数0.41
  2.高速铣削技术在模具制造中的应用
 
 近年来,高速切削技术发展迅猛,如铣削机床转速已高达30000~50000r/min。高速铣削在模具制造等精密、超精密加工中具有良好的应
用前景。由于有些模具的过渡棱边尖锐薄弱,转角处易发生塌角现象,采用普通铣削难以保证模具廓形交界处的加工精度,而采用高速铣削可切削出形状锐利的轮廓
尖角,可实现精密模具的高精度、高效率加工。
  近年来,国外模具制造商开发了多项模具高速加工先进技术,如:①形状预识别控制技术:
该技术可在高速加工模具自由曲面时实现高精度加工控制功
能,以避免尖角部位因切削冲击、机械滞后等引起路径误差。②SF技术:用球形铣刀加工模具自由曲面时,因工件和刀具的切削点在不断变化,使实际切削点的切
削速度不断发生变化,影响表面加工质量。采用SF技术可从NC数据中预先读出时刻变化的切削点信息,通过控制主轴回转速度使切削点切削速度保持一定;同时
控制每转相当进给量,使进给速度保持稳定。③区域加工技术:在模具加工面上预先设定一定区域,应用区域加工技术可在不改变原
  加工程
序的情况下,对设定区域内或区域外实现可改变切深及其它切削条件的加工。④直角邻边圆弧内角铣削技术:采用三面铣刀柄嵌三角刀片进行加
工,可将圆弧内角直接铣削成直角,加工效率比电火花线切割可提高约20倍。⑤利用特殊数控代码G260指令,可实现在平面上加工斜孔。加工时,铣刀杆利用
万向节偏转要求的角度,可免除常规加工时需重新装夹工件及使用专用夹具的麻烦。⑥控制系统采用NURBS(Non-uniform Rational
B Spline)补偿,从而解决了控制系统数据传输存在等待现象,在微小进给(1μm)加工时机床不能移动等问题。
  采用高速铣削技术对模具进行直接成型加工,可减少电加工及相关工序流程,显著提高加工效率,加工时间可缩短1/3~1/4。为实现模具的高速铣削加工,开发及应用先进的高速铣削刀具尤为重要,TiAlN涂层铣刀就是目前高速铣削淬硬模具钢最常用的理想刀具。
  3.TiAlN涂层铣刀高速铣削模具钢的磨损与破损性能
 
 用VC-MD型号六齿TiAlN涂层硬铣刀(φ10mm)高速铣削AlSi H13/JIS
SKD61淬硬模具钢(52HRC)时(铣削速度:628m/min;铣削长度:50m;铣削深度:轴向切深10mm,径向切深0.5mm),采用不同冷
却方式对刀具磨损形貌的影响结果表明,采用风冷切削时刀具磨损最小;采用干式切削时刀具磨损次之;采用乳化液冷却切削时刀具磨损最大。由于铣刀刃呈间歇切
削状态,如切削时将冷却液直接喷淋在刀具上,刀刃时冷时热的温度变化容易引起热裂纹,导致切削刃破裂及刀片破损。因此,高速铣削模具钢时不应使用冷却液,
否则会缩短刀具寿命。
  刀具的主要失效机理包括月牙洼磨损、热变形、破裂等。切削热和机械振动是刀具失效的重要影响因素。月牙洼磨损
通常发生在刀片前刀面上,当高速加
工钢件及其它硬质材料时,切屑在高温作用下熔附在刀具表面,并使刀具材料颗粒发生剥离,形成月牙洼磨损。过度的月牙洼磨损会削弱切削刃强度,阻碍切屑流
动,增大刀具承受的温度与压力,最终导致刀具破损。对刀具进行涂层可在刀具与工件之间增加一层惰性硬介质,显著减小月牙洼磨损。通过合理应用涂层技术,可
使刀片既具有高硬度又具有高韧性。涂层时可根据需要调节基体和涂层的元素分布,使切削刃区域具有较高含钴量,从而将含钴基体的耐冲击性与涂层的耐磨性结合
起来,使切削刃具有良好韧性而刀具其余部分保持较高硬度。
  用VC-MD型号TiAlN涂层铣刀高速铣削AlSi
H13模具钢(50HRC)时(进给速度:0.10mm/齿;轴向切深10mm,径向切深0.5mm),铣削状态与刀具破损的关系表明:当切削速度
V=157m/min时,采用干式切削和风冷切削时的切削长度均可达到300m;采用乳化液冷却切削时在200m处刀刃出现崩裂。当切削速度V=314m
/min时,采用干式切削时在150m处刀具出现破碎;采用风冷切削时在300m处仍可正常铣削;采用乳化液冷却切削时在50m处刀具出现崩裂。当切削速
度V=471m/min时,采用干式切削时在200m处刀具出现较大磨损;采用风冷切削时在300m处刀具出现较大磨损;采用乳化液冷却切削时在50m处
刀具出现崩裂。当切削速度V=628m/min时,采用干式切削时在100m处刀具出现较大磨损,在120m处刀具破碎折断;采用风冷切削时,在150m
处刀具折断破碎;采用乳化液冷却切削时刀具很快磨损折断。
  风冷切削一般可采用液氮致冷和压缩空气致冷两种方式,并可对切削区辅以油
雾润滑,以提高加工表面光洁度。风冷切削可获得较好加工效果,但加工成
本较高。干式切削省去了冷却、润滑装置,可降低加工成本,减少环境污染。为实现干式切削,刀具涂层必须具有两个重要功能:①可在刀具与工件之间起到热壁垒
的作用,以减小作用于刀具基体的热应力;②可起到固体润滑剂的作用,以减小切削摩擦及切屑对刀具的粘附。TiAlN涂层就是一种可较好满足上述要求的高性
能涂层。
  许多新型硬质合金刀具牌号(尤其是带涂层牌号)在高速切削时采用干切削方式可获得更高切削效率。事实上,对于间断切削,切
削区温度越高,越不适
合使用切削液。铣削时加切削液可使刀具承受剧烈的温度变化(铣刀片自工件切出时被冷却,切入工件时温度再次上升)。虽然干切削时也存在类似的加热—冷却循
环,但温度变化幅度比加切削液时缓和得多。温度的剧烈变化可导致刀片中产生应力,从而引起裂纹。
  涂层厚度(一般为2~18μm)对
于刀具性能具有重要影响。对于冲击力较大、刀具快速冷却和加热的间断切削,薄涂层承受温度变化的性能优于厚涂
层,其应力较小,不易产生裂纹,因此薄涂层刀片干式切削时的寿命可延长40%。一般来说,PVD工艺可获得比CVD工艺更薄的涂层,且与基体结合较为牢
固,因此圆形刀具和铣刀片等常采用PVD涂层。此外,由于PVD涂层的沉积温度较低,因此较多应用于刃口锋利的刀具及大正前角铣刀、车刀等。
  TiAlN涂层是目前适用于高速干式切削的性能最佳的PVD涂层,其高温连续切削性能指标比氮化钛(TiN)涂层高4倍,这主要得益于高温切削时涂层表面的铝氧化后在切屑/刀具界面上形成的非结晶氧化铝薄膜。
 
 分别用VC-MD型号TiAlN涂层铣刀、TiN涂层铣刀和未涂层铣刀高速铣削AlSi H13/JIS
SKD61模具钢(52HRC)(进给速度:0.10mm/齿;轴向切深10mm,径向切深0.5mm;顺铣,风冷),加工长度达50m后刀具周边后刀面
的磨损情况表明:当切削速度V=100m/min时,加工时间为60min,TiAlN涂层铣刀的磨损量仅为其它刀具的1/2~1/3。当V=600m
/min时,TiAlN涂层铣刀加工同样长度仅需时10min,磨损量增大2倍;TiN涂层铣刀和未涂层铣刀在V=200m/min时磨损量已较大,V继
续增大时则出现剧烈磨损。分析磨损曲线的变化趋势可知,TiAlN涂层铣刀的磨损曲线斜率较小,走势较平坦;其它两种刀具的磨损曲线斜率则较大。表明随着
切削速度的增加,TiAlN涂层的磨损量变化很小,非常适合高速切削。
  4.TiAlN涂层铣刀高速铣削钛合金的切削性能
 
 用VC-2MS型号TiAlN涂层铣刀(φ10mm)铣削钛合金材料(Ti-6Al-4V)时(铣削深度:径向切深0.2mm,轴向切深
10mm,侧面铣削;冷却压力:4.4M),铣削速度与刀具后刀面磨损的关系表明:钛合金属于难加工材料,当TiAlN涂层铣刀低速铣削时,刀具磨损量很
小,磨损曲线较平坦。随着切削速度不断增大,刀具磨损量缓慢增加。但当切削速度超过10000r/min后,刀具磨损量快速增加。断续切削钛合金材料产生
的高温会使刀片的切削刃与其它部分之间产生较大温差,导致切削刃产生裂纹,裂纹的扩展将导致切削刃破裂及刀片破损。
  用六刃
TiAlN涂层铣刀(φ10mm)铣削Ti-6Al4V,当改变铣削速度与铣削深度时(进给速度:0.10mm/齿;轴向切深10mm,
侧面铣削),铣刀转速与径向切深的关系曲线表明:铣削钛合金材料时,切削速度越高,可保证正常铣削的径向切深量就越小。如在临界转速
(10000r/min)时,径向切深量取0.1mm可保证正常铣削,如径向切深量取0.2mm则刀具磨损量较大,当转速进一步增加时磨损将迅速增大。选
取5000r/min的转速较为安全,可在0.4~0.6mm的径向切深量范围内实现正常加工,排屑量为15cc/min。排屑量通常随径向切深量的减小
而减少,切屑排出量越大,所需加工功率也越大。根据切削试验结果,铣削钛合金时,选取转速5000r/min、径向切深量0.4~0.6mm较为合理,此
时铣刀磨损小、寿命长,铣削功率大,加工效率高。
  5.两种高效铣削方法
  (1)圆弧铣槽
 
 铣削键槽时,选用铣刀直径应小于键槽宽度,否则铣削阻力较大,影响铣刀寿命。如选用φ10铣刀加工槽宽10mm的键槽,每次切深为1mm,需来
回铣削10次才能完成加工。为提高加工效率,可采用圆弧铣槽方法。采用φ6铣刀沿一定弧度进行旋转铣削,可高效完成切深10mm的加工。圆弧铣槽的尺寸计
算公式为:
  θ=arccos[1-2Rd(t-Rd)/φ(t-φ)]
  式中:θ为最大铣削角度,Rd为径向切深,t为被加工槽宽,φ为铣刀直径。
 
 采用VC-MD型号TiAlN涂层端铣刀(φ12mm)对AlSi H13/JIS
SKD61模具钢材料(52HRC)进行圆弧铣槽加工(槽深10mm)(铣削速度:313m/min(8300r/min);进给速度:5000mm
/mi(0.10mm/齿);风冷)。加工槽宽分别为18mm、16mm、15mm的槽时的铣削参数和加工效果见表2。
  表2圆弧铣槽铣削参数与加工效果
  铣削参数:
  t(mm):18,16,15
  Rd(mm):0.6,0.3,0.27
  X(mm):1.74,1.48,0.89
  θ:44.8°,41.0°,31.5° 槽长度(m):0.26,0.33,0.35
  加工效果:
  铣削长度(m):24,28,33
  刀刃磨损量:较大,较小,较小
  由表2可知,径向切深Rd对圆弧铣槽时的刀具磨损影响较大,Rd越大,刀刃磨损就越明显。圆弧铣槽的优势在于大的轴向切深、减小铣削力、减轻机械振动、提高铣刀耐用度。
  (2)螺旋铣孔
 
 用TiAlN涂层球头铣刀以螺旋铣削方式加工孔可获得较高的加工效率和较长的刀具使用寿命。用VC-2MB R3型TiAlN涂层球形铣刀对AlSi
H13 / JIS
SKD61模具钢材料(52HRC)工件进行螺旋铣孔加工(孔深:9mm;X、Y向进给速度:1500mm/min;铣削速度:283m/min,相当于
15000r/min)时,被加工孔径与螺旋式铣削的轴向进给率(螺旋前进一周的轴向移动量)Fa取值的关系表明:Fa取值较小时可加工较大的孔径。当被
加工孔径为φ9mm时,Fa最大可取值0.6mm,如超过该值则铣刀磨损将加剧。以轴向进给率Fa=0.3mm加工φ7mm孔径时的铣孔数量与铣刀磨损量
的关系表明:铣100个孔的后刀面磨损量约为0.03mm,铣500个孔的后刀面磨损量约为0.05mm,可见随铣孔数量的增加,TiAlN涂层铣刀的磨
损量变化不大,其耐用度较高。
  6.结语
  TiAlN涂层具有优于TiC、TiN、TiCN等涂层的机械物理性
能,并可与其它涂层配合组成多元多层复合涂层。切削试验及加工实践表
明,TiAlN涂层刀具化学稳定性好,抗氧化磨损能力强,高速加工高合金钢、不锈钢、钛合金、镍合金等难加工材料时,其工作寿命可比TiN涂层刀具提高
3~4倍。TiAlN涂层中具有较高Al浓度,切削加工时涂层表面会生成一层极薄的非晶态Al2O3,从而形成硬质惰性保护膜,非常适合应用于高速切削加
工。TiAlN涂层刀具的普及应用将大大提高刀具耐用度,减少加工辅助时间,降低切削加工成本,提高企业经济效益。

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钛合金的弹性模数小,如TC4的弹性模量E=110GPa,约为钢的一
半,因而由切削力所引起的被加工件弹性变形大,将降低工件精度,为此要改善加工系统的刚性。工件必须很牢固地装夹,刀具对工件支承点的刀矩减到最小。刀具
必须锋利,否则将发生振动、磨擦,使刀具耐用度缩短,工件精度下降。
  切削钛合金时,仅在切削速度1~5mm/min的范围内,才有
积屑瘤形成。因此在一般生产条件下切削钛合金时,不会产生积屑瘤。工件与刀具之间
的磨擦系数并不很大,容易得到良好的表面质量。采用冷却润滑液对于改善钛合金表面微观几何形状是没有效果的,切削钛合金时已加工表面粗糙度较低是由于刀具
上没有积屑瘤的缘故。
  但是,为了改善切削条件,降低切削温度,提高刀具寿命,同时为了消除火灾的危险,加工时使用大量可溶性冷却剂也是必要的。
 
 通常钛合金零件加工时没有发火燃烧的现象,可是在微切削状态下加工时有发火燃烧现象,为了避免这种危险性,应该:①大量使用冷却液;②及时从机
床上扫除切屑;③备有灭火器材;④及时更换用钝的刀具;⑤工件表面污染时易引起火花,此时必须降低切削速度;⑥比薄切屑相比,厚切屑不易产生火花,因此要
加大走刀量,加大走刀量不会象加大切削速度那样使温度迅速升高。
  加工钛合金切削用量的选用准则:应从降低切削温度的观点出发,采用较低的切削速度和较大的走刀量。由于高的切削温度使钛合金从大气中吸收氧和氢造成工件表面硬脆,使刀具剧烈磨损,因此在加工过程中,须使刀尖温度保持在合适的温度,避免温度过高。
  在断续切削的条件下用YG8车刀车削带硬皮的钛合金工件时,推荐的切削用量为:v=15~28m/min,f=0.25~0.35mm/r,ap=1~3mm。
  在连续切削的条件下用YG3车刀精车钛合金工件时,推荐的切削用量为:v=50~70m/min,f=0.1~0.2mm/r,ap=0.3~1mm。表2为车削加工钛合金时可供选用的切削用量。
  表2.车削钛合金时的切削用量
  工序性质-钛合金材料-硬度-切削余量(mm)-切削速度(mm/min)-走刀量(mm/r)
  荒车-TA1~7,TC1~2-软->氧化皮厚度-18~36-0.1~0.25
  荒车-TA8,TC3~8-中->氧化皮厚度-12~27-0.08~0.15
  荒车-TC9~10,TB1~2-硬->氧化皮厚度-7.2~18-0.06~0.12
  粗车-TA1~7,TC1~2-软->2-30~54-0.2~0.4
  粗车-TA8,TC3~8-中->2-24~54-0.15~0.3
  粗车-TC9~10,TB1~2-硬->2-15~30-0.1~0.2
  精车-TA1~7,TC1~2-软-0.07~0.75-37.5~60-0.07~0.15
  精车-TA8,TC3~8-中-0.07~0.75-30~48-0.07~0.12
  精车-TC9~10,TB1~2-硬-0.07~0.75-18~36-0.05~0.12
  用YG6X车刀车削TC4(硬度为HB320~360),ap=1mm、f=0.1mm/r时的最佳切削速度为60mm/min。在此基础上不同走刀量和切削深度下的切削速度见表3。
  表3.车削钛合金TC4的切削速度
  ap-1mm-2mm-3mm
  F(mm/r)-0.1,0.15,0.2,0.3-0.1,0.15,0.2,0.3-0.1,0.2,0.3
  V(mm/min)-60,52,43,36-49,40,34,28-44,30,26
 
 加工钛合金的典型车刀具有如下特点:①刀片材料为YG6X,YG10HT;②前角较小,一般γ0=4°~6°,增强刀头强度;③有
f=0.05~0.1mm的负倒棱,以增强刀刃的强度;④后角较大,一般α0=14°~16°,以减少后面的磨擦,提高刀具耐用度;⑤一般不允许磨出尖角
或过渡刃,而磨出刀尖圆角r=0.5mm左右,粗车时可达r=1~2mm,以增强刀尖强度;⑥精车或车削薄壁件时,刀具主偏角要大,一般为
75°~90°。
  切削用量:
  粗车:v=40~50m/min,f=0.2~0.3mm/r,ap=3~5mm。
  半精车:v=40~45m/min,f=0.2~0.3mm/r,ap=1~2mm。
  精车:v=50~55m/min,f=0.1~0.15mm/r,ap=0.2~0.5mm。
  使用乳化液冷却,可有效地提高刀具耐用度。在保证刀头强度的前提下使刀头具有高的耐磨性和硬度是合理加工钛合金的关健。因此选用的YG6X刀片在刃磨后应当用金刚石或碳化硅油石背刀(背出倒棱),达到消除刃磨锯口、增强刀刃强度的目的。
  粗车不规则黑皮工件时,一般将刀片磨出3°~+5°刃倾角;精车时,一般无刃倾角,此时的刀具磨损主要为前刀面粘附(粘结)磨损。
  这种典型车刀能较合理地解决加工钛合金时材料活性随温度升高而增加及导热性差的问题,因而刀具耐用度大为提高。
  3.2钻削
  钛合金的钻削加工比较困难,常在加工过程中出现烧刀和断钻现象,其主要原因是钻头刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等。
 
 (1)钻头的选择:直径大于5mm的钻头,最好选用硬质合金YG8作为刀具材料;加工小于5mm的孔时,可用硬度大于63HRC的高速钢钻头
(如M42或B201);当孔深小于直径两倍时,采用斜槽(短型)的钻头;当孔深大于直径两倍时,采用麻花钻头。钻头的几何参
数:λ=0°~3°,αc=13°~15°,2φ=120°~130°。
  为了易于形成切屑、减少磨擦并改善钻头的切削能力,可根据钻头直径减少导向刃带的宽度至0.1~0.3mm,修磨横刃到0.1D,并双重刃磨顶角2φ=130°~140°,2φ=70°~80°。表4列出了双重锋角式钻头的几何参数。
  表4.双重锋角式钻头几何参数
  钻头直径(mm)-顶角2φ-第二顶角2φ0-第二锋刃后角α-b(mm)-c(mm)
  >3~6-130°~140°-80°~140°-12°~18°-~1.5-0.4~0.8
  >6~10-130°~140°-80°~140°-12°~18°-1.5~2.5-0.6~1
  >10~18-125°~140°-80°~140°-12°~18°-2.5~4-0.8~1
  >18~30-125°~140°-80°~140°-12°~18°-4~6-1~1.5
  (2)切削用量
  硬质合金钻头:v=9~15m/min,f=0.05~0.2mm/r;高速钢钻头v=4~5m/min,f=0.05~0.3mm/r。
 
 (3)钻削深孔或小直径孔时,可采取手动进给。钻孔时必须周期性地从孔中退出钻头,以便清除切屑。为了避免钻头强烈磨损,不能让钻头停留在孔中
不进不退,否则钻刃会摩擦加工表面,造成加工硬化,使钻头变钝。钻孔时必须充沛地供给冷却润滑液。一般用豆油,必要时可加法国OLTIP钻孔攻丝专用油。
尽可能提高工艺系统刚性,将钻模固定在工作台上,钻模宜贴近加工表面,尽量使钻头缩短。
  取钻头后面转角处的磨损h后=0.4~0.5mm作为钻头磨钝标准。
 
 (4)钻削实例:用钼高速钢钻头在α+β型TC4钛合金工件上进行钻削加工,钻头直径D=6.35mm,孔深H=12.7mm。选切削参数
v=11.6m/min、f=0.127mm/r,使用乳化液冷却。刀具耐用度T以磨损宽度h后=0.38mm为标准,每根钻头可钻260个孔,效果极
佳。

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末冶金技术是制取现代高技术材料的先进技术,在金属材料、金属陶瓷材料、
陶瓷结构材料等领域中正得到越来越广泛的应用。目前,许多高技术新材料采用粉末冶金工艺来制造,如纳米材料、超导材料、生物工程材料、高级磁性材料、超硬
材料、超微机械以及功能梯度材料等。粉末冶金涉及的领域相当广泛,其中也包括金属陶瓷材料领域和陶瓷结构材料领域。现在介绍国外金属陶瓷材料粉末冶金技术
和陶瓷结构材料粉末冶金技术。                 
   (一)金属陶瓷材料粉末冶金技术
   金属陶瓷材料粉末冶金技术主要包括金属陶瓷材料粉末冶金技术的超细硬质合金、特殊硬质相硬质合金、梯度功能硬质合金、硬质合金热处理、涂层硬质合金、新技术和新工艺及新装备,以及Ti(C,N)基金属陶瓷等内容。                     
   1、金属陶瓷材料粉末冶金技术的超细硬质合金
   为使整体硬质合金材料同时具有良好的韧性与耐磨性,目前主要进行超细直至纳米晶硬质合金材料的研究。细化晶粒的主要方法是添加限制晶粒长大的抑制剂。特别是控制小部分WC晶粒的疯长,它是裂纹源之一。                
   2、金属陶瓷材料粉末冶金技术的特殊硬质相硬质合金
   金属陶瓷材料粉末冶金技术的特殊硬质相硬质合金主要包括盘状硬质相强化硬质合金与双峰结构硬质合金。盘状硬质相强化硬质合金是指将普通硬质合金中呈三棱柱体或多棱柱体的WC晶粒的底面(0001)面择优长大,从而转变为三角板状。                
   3、金属陶瓷材料粉末冶金技术的梯度功能硬质合金
 
 
为改善工具的切削性能,将梯度功能材料的功能设计概念引入硬质合金工具材料领域,以实现材料表面区域具有良好的耐磨性,内部具有良好的断裂韧性,梯度组成
层内获得压缩残余应力。尽管涂层硬质合金作为兼具两种特性的材料,但因需要进行陶瓷涂层的特别工艺,存在着成本居高不下的问题。研究表面,这种新的材料具
有比均匀组成的普通金属涂层高的耐磨性、断裂韧性和抗热裂纹性。            
   4、金属陶瓷材料粉末冶金技术的硬质合金热处理
   硬质合金热处理由于使硬质合金制品整个体积内部发生结构与性能的变化,从而可提高合金的整体性能。研究表明,由于热处理明显改善了力学性能、耐磨性能和疲劳强度,从而使硬质合金的使用寿命大幅度提高。             
   5、金属陶瓷材料粉末冶金技术的涂层硬质合金
 
 
金属陶瓷材料粉末冶金技术的硬质合金制品表面涂覆——涂层技术是近年来发展起来的一项先进技术,是硬质合金领域中具有划时代意义的重要技术突破。硬质合金
制品表面涂覆——涂层技术的出现为解决硬质合金耐磨性和韧性相互矛盾的问题提供了一条较为有效的途径。目前,提高涂层效果的研究与研制工作基本上沿着两个
方向进行:一是完善制取耐磨涂层的设备与工艺方法;二是研制涂层的新成分,探索耐磨涂层的新材料。           
   6、金属陶瓷材料粉末冶金技术的新技术和新工艺及新装备
 
 
为适应硬质合金提高产品质量和增加产品品种的需要,在进一步改进与完善硬质合金的生产工艺与装备同时,也开发出新技术和新工艺及新装备。如高温自蔓延合成
技术、等离子体制粉技术、流化床制粒技术、注射成形技术及其他的新型成形技术、等离子体烧结技术、微波烧结技术、各种新型化学和物理气相沉积技术及各种强
化处理技术等。                 
   7、金属陶瓷材料粉末冶金技术的Ti(C,N)基金属陶瓷
 
 
金属陶瓷材料粉末冶金技术的Ti(C,N)基金属陶瓷是在TiC基金属陶瓷基础上发展起来的,使得Ti(C,N)基金属陶瓷具有优良高温和耐磨性能、良好
的韧性和强度的新型金属陶瓷。奥地利维也纳工业大学Kieffer发现TiN在TiC-Ni系材料中的显著作用后,才出现了TiC基金属陶瓷中引入TiN
的报道。          
   (二)陶瓷结构材料粉末冶金技术
   陶瓷结构材料粉末冶金技术主要包括陶瓷结构材料粉末冶金技术的基础研究、高韧性/高硬度陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、新型层状碳化物/氮化物陶瓷、复相陶瓷、陶瓷涂层,以及先进陶瓷的批量生产技术、加工技术、可靠性与性能评价技术等内容。      
   1、陶瓷结构材料粉末冶金技术的基础与应用研究
   陶瓷结构材料粉末冶金技术的基础与应用研究主要集中在:
   (1)界面化学和界面调整,如陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属、陶瓷/有机物;
   (2)以连续介质“宏观—亚微观—原子级”层次的“统一断裂观”设计陶瓷材料;
   (3)陶瓷材料的磨损与润滑;
   (4)环境影响下的陶瓷材料腐蚀与断裂问题;
   (5)非均质材料的高温稳定性;
   (6)复杂体系的陶瓷相图。
   2、陶瓷结构材料粉末冶金技术的高韧性/高硬度α-Sialon陶瓷
 
  通常使用α-Si3N4为原料,可获得由细长的β-
Si3N4晶体穿插在等轴状α-Si3N4晶体中所组成的自增韧陶瓷。美国原密歇根大学的I-W.Chen教授和澳大利亚M0nash大学的程一兵博士几
乎同时研制出具有高长径比的α-Sialon材料,他们所研制出的具有高长径比的α-Sialon材料具有高硬度和高断裂韧性。
   3、陶瓷结构材料粉末冶金技术的氧化物陶瓷
   乌克兰国家科学院材料学问题研究所研发出来的细晶氧化锆陶瓷平均晶粒尺寸为0.2μm。
   4、陶瓷结构材料粉末冶金技术的非氧化物陶瓷
   乌克兰国家科学院材料学问题研究所的一个研究室研制了一系列高纯超细的高熔点化合物粉末,如TiB2、SiC、B4C、CrB2、B4C-TiB2、TiC、BN、AlN、Si3N4、MoSi2、WSi2等高熔点化合物粉末。
   5、陶瓷结构材料粉末冶金技术的新型层状碳化物和氮化物陶瓷研究
   新型层状碳化物和氮化物陶瓷是最新发现的碳化物和氮化物陶瓷材料,如Ti3SiC2,Ti2AlC,Ti2AlN等材料。
   6、陶瓷结构材料粉末冶金技术的高性能复相陶瓷及陶瓷基复合材料
   为克服陶瓷材料的脆性,材料科学家根据自然界生物材料的结构特点对陶瓷复合材料从材料设计、制备工艺等各方面进行了研究,制成了仿生复相陶瓷。
   7、陶瓷结构材料粉末冶金技术的高性能、低成本、高可靠性陶瓷涂层的制备技术
   8、陶瓷结构材料粉末冶金技术的高性能、低成本、批量化先进陶瓷的制备和加工技术、性能评价技术。

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轴承表面磨削缺陷原因及对策摘要:东风汽车公司强力推出国内第一台双柱数
控立车森拉天时CombiEdge十字仿型轴承刀片正确理解精益生产中国刀具涂层材料之软涂层研究西门子SINUMERIK在新型复合加工中心上的应用国
产数控机床将抢占进口份额机床企业与重点行业建长日本不二越新钻头一次完成高精度钻孔平面磨床趋势向成形磨转变徐州液压件厂等推力双级液压缸出口越南保证
成功仿形车削的T-Rail接口多轴控制的高速加工中心加工复合材料的新利器——DLC涂层刀具在加工中心上加工的轴套类零件虚拟现实技术在城市设计中的
应用铣床操作规程六面顶液压机主机窗口尺寸的计算机夹刀具的单螺钉防松楔紧和防松微调结构AutoCAD优化系统的方法什么是同步电机的极数?NTN开发
出配备分辨率达原来40倍的旋转传感器的轴承[标签:tag]轴承在磨加工过程中,其工作表面是通过高速旋转的砂轮进行磨削的,因此在磨削时如果不按作业
指导书进行操作和调整设备,就会在轴承工作表面出现种种缺陷,以致影响轴承的整体质量。轴承在精密磨削时,由于粗糙要求很高,工作表面出现的磨削痕迹往往
能用肉眼观察到其表.
  轴承在磨加工过程中,其工作表面是通过高速旋转的砂轮进行磨削的,因此在磨削时如果不按作业指导书进行操
作和调整设备,就会在轴承工作表面出现
种种缺陷,以致影响轴承的整体质量。轴承在精密磨削时,由于粗糙要求很高,工作表面出现的磨削痕迹往往能用肉眼观察到其表面磨削痕迹主要有以下几种。
 
 表现出现交叉螺旋线痕迹出现这种痕迹的原因主要是由于砂轮的母线平直性差,存在凹凸现象,在磨削时,砂轮与工件仅是部分接触,当工件或砂轮数次
往返运动后,在工件表现就会再现交叉螺旋线且肉眼可以观察到。这些螺旋线的螺距与工件台速度、工件转速大小有关,同时也与砂轮轴心线和工作台导轨不平行有
关。
  (一)螺旋线形成的主要原因
  1.砂轮修整不良,边角未倒角,未使用冷却液进行修整;
  2.工作台导轨导润滑油过多,致使工作台漂浮;
  3.机床精度不好;
  4.磨削压力过大等。
  (二)螺旋线形成的具有原因
  1.V形导轨刚性不好,当磨削时砂轮产生偏移,只是砂轮边缘与工作表面接触;
  2.修整吵轮时工作台换向速度不稳定,精度不高,使砂轮某一边缘修整略少;
  3.工件本身刚性差;
  4.砂轮上有破碎太剥落的砂粒和工件磨削下的铁屑积附在砂轮表面上,为此应将修整好的砂轮用冷却水冲洗或刷洗干净;
  5.砂轮修整不好,有局部凸起等。

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 刀具是机械制造中用于切削加工的工具,又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具,还包括磨具。
  绝大多数的刀具是机用的,但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料,所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。
  刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28~前20世纪,就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪),由于掌握了渗碳技术,制成了铜质刀具。当时的钻头和锯,与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
  然而,刀具的快速发展是在18世纪后期,伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年,法国的勒内首先制出铣刀。1792年,英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年,但直到1864年才作为商品生产。
  那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的,许用的切削速度约为5米/分。1868年,英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年,美国的泰勒和.怀特发明高速钢。1923年,德国的施勒特尔发明硬质合金。
  在采用合金工具钢时,刀具的切削速度提高到约8米/分,采用高速钢时,又提高两倍以上,到采用硬质合金时,又比用高速钢提高两倍以上,切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
 
 由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵,刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949~1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片,不久即应用在
铣刀和其他刀具上。1938年,德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年,美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非
金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
  1969年,瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法,生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。
1972年,美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积
法,在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性,与表层的高硬度和耐磨性结合起来,从而使这种复合材料
具有更好的切削性能。
  刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具,包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等;孔
加工刀具,包括钻头、扩孔钻、镗
刀、铰刀和内表面拉刀等;螺纹加工工具,包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等;齿轮加工刀具,包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工
刀具等;切断刀具,包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外,还有组合刀具。
  按切削运动方式和相应的刀刃形状,
刀具又可分为三类。通用刀具,如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩
孔钻、铰刀和锯等;成形刀具,这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状,如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工
刀具等;展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件,如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
  各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上;镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。
  刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上,借助轴向键或端面键传递扭转力矩,如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。
 
 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄;圆锥柄靠锥度承受轴向推力,并借助摩擦力传递扭矩;圆柱柄一般适用于
较小的麻花钻、立铣刀等刀具,切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成,而工作部分则用高速钢把两部分对焊而
成。
  刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分,包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要
素。有的刀具的工作
部分就是切削部分,如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等;有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分,如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作
用是用刀刃切除切屑,校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。
  刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整
体结构是在刀体上做出切削刃;焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上;机械夹固结构又有两
种,一种是把刀片夹固在刀体上,另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构;瓷刀具都采用机械夹固结构。
  刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角,可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形,减小切屑流经前面的摩擦阻力,从而减小切削力和切削热。但增大前角,同时会降低切削刃的强度,减小刀头的散热体积。
 
 在选择刀具的角度时,需要考虑多种因素的影响,如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等,必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角
度,是指制造和测量用的标注角度在实际工作时,由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变,实际工作的角度和标注的角度有所不同,但通常相差很小。
  制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性,必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性,良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等),并不易变形。
  通常当材料硬度高时,耐磨性也高;抗弯强度高时,冲击韧性也高。但材料硬度越高,其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性,以及良好的可加工性,现代仍是应用最广的刀具材料,其次是硬质合金。
  聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等;聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属,及合金、塑料和玻璃钢等;碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。
 
 硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具,也
可用于高速钢刀具,如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁,使刀具在切削时的磨损速度减慢,涂层刀片的寿命与不涂层的相比
大约提高1~3倍以上。
  由于在高温、高压、高速下,和在腐蚀性流体介质中工作的零件,其应用的难加工材料越来越多,切削加工的自动
化水平和对加工精度的要求越来越高。
为了适应这种情况,刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料;进一步发展刀具的气相沉积涂层技术,在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层,更好地解
决刀具材料硬度与强度间的矛盾;进一步发展可转位刀具的结构;提高刀具的制造精度,减小产品质量的差别,并使刀具的使用实现最佳化。

歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭迎您親自體驗!!
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No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356
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/ FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North
Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao
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集中供暖和中央空调使用收费过程中,目前仍按建筑面积计算,该方式已不适
应市场化管理的要求,迫切需要对用户消耗的热(冷)量进行相应的计量,以维护用户和供暖(冷)双方的利益,但目前未见该类似仪表的广泛使用。这是由于热量
计量存有困难,使该类仪表和开发受到限制。首先,因为热量属于过程量,在实验或工程测量中,传统测量方法对过程量的计量本身存在较大的难度,而且存在测量
误差大,修正因素多等问题。事实上,传统测量方法无法满足对热量的精确计量,但随着计算机以及信号处理技术在热工参数测量中的广泛应用,热工测量仪表向智
能化、微型化发展,充分利用微型计算机软、硬件相结合的优势可实现热量的精确计量。

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超硬材料是指以金刚石为代表的具有很高硬度物质的总称。超硬材料的范畴虽没有一个严格的规定,但人们习惯上把金刚石和硬度接近于金刚石硬度的材料称为超硬材料。
金刚石
金刚石是目前世界上已发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性等性能,在有色金属和非金属加工中得到
广泛的应用,尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,如轿车发动机缸体、缸盖、变速箱和各种活塞等的加工中,金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具。近年来,由
于数控机床的普及和数控加工技术的高速发展,可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具的应用日渐普及。金刚石刀具现在和将来都是数控加工中不可缺
少的重要刀具。
立方氮化硼(CBN)
立方氮化硼是氮化硼的同素异构体,其结构与金刚石相似,硬度高达8000~9000HV,耐热度达1400℃,耐磨性好。近年来开发的多晶立方氮化硼
(PCBN)是在高温高压下将微细的CBN颗粒通过结合相烧结在一起的多晶材料,既能胜任淬硬钢(45~65HRC)、轴承钢(60~64HRC)、高速
钢(63~66HRC)、冷硬铸铁的粗车和精车,又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削加工。
陶瓷刀具
陶瓷刀具是最有发展潜力的刀具之一,目前已引起世界工具界的重视。在工业发达的德国,约70%加工铸件的工序是由陶瓷刀具来完成的,而日本陶瓷刀具的年消
耗量已占刀具总量的8%~10%。由于数控机床、高效无污染切削、被加工材料硬等因素,迫使刀具材料必须更新换代,陶瓷刀具正是顺乎潮流,不断改革创新,
在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiC晶液制成晶须增韧陶瓷材料,SiC晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋,它能成为阻挡或改变裂纹扩展方向
的障碍物,使刀具的韧性大幅度提高,是一种很有发展前途的刀具材料。为了提高纯氧化铝陶瓷的韧性,加入含量小于10%的金属,构成所谓金属陶瓷,这类刀具
材料具有强大的生命力,正以强劲势头向前发展,也许将来会自成一系,成为刀具材料家族新成员。
陶瓷刀具的主要原料是Al2O3、SiO2、碳化物等,它们是地壳中最富足的资源,发展此类刀具不存在原料来源问题。因此,开发应用陶瓷刀具有重要的战略
意义和深远的历史意义。
由于切削加工机床和切削技术的突飞猛进,迫使刀具被动式同步。刀具材料的发展趋势,是向着高效率、高速度、高寿命方向发展。在各种刀具材料的发展中,硬质
合金(包括涂层硬质合金)一枝独秀;HSS将进一步萎缩;HSS-E增幅缓慢;HSS-PM将有长足的进步;DH还会继续膨胀扰乱市场,不过好景不长;超
硬刀具材料有广阔的发展空间,将继续扩大应用比例。形成了以硬质合金为主线,各种材料既有独特的优点和应用范围,又互相发展、互相竞争,又相互有所取代补
充的整体格局。

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一、前言

密和半精密磨削鈦合金時,由於鈦合金的材料特性造成了其磨削困難。這主要是以下幾方面的原因:(1)鈦及鈦合金材料導熱、導溫係數小,僅為鋁及
鋁合金熱導率的1/15,鋼熱導率的1/5。低的導熱、導溫率使其在磨削加工中,磨削熱不易散發,還會產生加工粘結現象。(2)鈦及鈦合金在高溫時化學活
性高,由於磨削溫度高,磨屑易於空氣中的氧、氮等元素發生化學反應形成,加快砂輪的磨損。摩擦係數大,彈性模量小,屈服強度比大,這種特性會使加工零件表
面產生較大的回彈變形,從而造成磨削力大,並影響加工精度。

由於鈦合金具有化學活性高、粘、韌等特點, 加上
磨粒磨削點局部高溫和壓力作用,磨粒和金屬表面會因親和力而發生物理性粘結。鈦合金磨削過程中的粘附問題將使砂輪加快損耗,影響工件的加工表面質量,而且
造成了鈦合金磨削力的大小不僅取決於切削工件材料產生的力,而且取決於粘附到工作磨粒上的鈦合金材料與工件表面相互接觸產生的力。

針對以上對鈦合金精密和半精密磨削中存在問題,採用液氮作為冷卻介質,降低鈦合金的磨削溫度,改變其材料性質,減少鈦合金在磨削過程中的粘附現象,並從磨削力隨磨削深度的變化趨勢及鈦合金磨削機理等方面,研究了低溫對鈦合金磨削的影響。












a)18℃衝擊斷口

b)-40℃衝擊斷口

c)-196℃衝擊斷口
圖1 不同溫度下鈦合金衝擊斷口微觀表面形貌

二、鈦合金(TC4)低溫性能的研究



了研究鈦合金的低溫加工性能,進行了鈦合金低溫性能實驗。實驗結果表明,隨著溫度降低,鈦合金的硬度和脆性增加,衝擊韌性降低。圖1
為不同溫度下鈦合金的衝擊斷口微觀表面形貌照片。當溫度由室溫降至液氮溫度(-196℃)時,其斷裂表面形貌由塑性韌窩狀斷口向脆性解理狀斷口轉變。由此
可知,如使磨削處於低溫狀態,可以使鈦合金的塑性降低,增加其脆性,從而使其適合於磨削。

三、低溫磨削實驗裝置與實驗條件



驗採用的方法原理如圖2所示。試件裝夾在KISTLER三向壓電晶體測力儀上,液氮噴嘴將液氮直接噴射入磨削區。由此,磨削過程中產
生的力的信號經電荷放大器轉變為放大的電壓信號,然後經A/D數據採集卡轉變為數字信號輸入計算機,最後對所採集的數據進行計算機處理,在本實驗中主要測
量鈦合金磨削過程中所產生的法向力Fn與切向力Ft







圖2 低溫磨削鈦合金實驗裝置原理

實驗條件

  • 磨床:MM7120A 精密平面磨床

  • 砂輪:W10 鐵基結合劑 CBN砂輪

  • 砂輪最大線速度:Vs=14m/s

  • 進給速度:Vw=5.8m/min

  • 磨削工藝:干磨、ELID磨削、ELID結合液氮噴霧冷卻低溫磨削


實驗過程中,採用兩種不同的磨削工藝方法,對鈦合金磨削過程中所產生的磨削力Fn、Ft
行測量,W10鐵基結合劑CBN砂輪採用電火花方法整形,並應用ELID技術進行在線電解預修銳。通過比較兩種不同磨削工藝條件下,鈦合金磨削力隨磨削深
度變化的趨勢及大小, 以及對不同磨削工藝條件下所磨工件表面進行微觀形貌分析, 可以看出低溫對鈦合金磨削的影響,
推斷出不同磨削工藝條件下的鈦合金粘附,並據此判斷低溫磨削鈦合金的磨削效果。

四、實驗結果與分析


圖3 為在不同磨削工藝條件下測得的磨削力Fn、Ft與磨削深度變化曲線。由圖中可以看出, 在低溫條件下採用ELID磨削鈦合金能夠有效地降低磨削法向力Fn與切向力Fn, 其原因為:











    圖3 不同工藝條件下磨削力隨磨削深度的變化曲線


  1. 粒切削材料的過程可大致分為彈性變形、塑性變形及切屑形成三個階段, 這樣在低溫條件下, 由於鈦合金的硬度與低溫脆性有所增加,
    而且其斷口形態有從韌窩狀向解理性脆斷轉化的趨勢, 由此, 在低溫條件下, 磨粒與工件的滑擦與耕犁過程減小, 從而減小了鈦合金的磨削力;

  2. 在低溫條件下, 能夠顯著降低磨削區的溫度, 這樣就使鈦合金粘附現象產生的必要條件如局部高溫等不復存在,因此磨粒和金屬表面的親和力降低,不會與砂輪發生物理性粘結,粘附率降低,磨削力減小;

  3. 採用常規方法磨削鈦合金, 由於鈦為活潑的金屬元素,並且磨削區溫度高,從而造成鈦合金新鮮磨削表面在大氣中與氧作用,氧擴散到鈦合金錶層中,造成所謂的污染層。氧擴散會在被磨表面上形成鈦的氧化物TiO2、Ti2O3或氧在a-Ti
    中的固溶體。氧擴散到鈦合金錶層後,造成鈦合金微薄表層的硬度和強度增加,塑性下降,其結果使磨削力增大,加劇砂輪的磨損。而採用噴射式低溫磨削裝置,能
    夠使磨削處於隋性氣體保護下進行,這樣就避免了上述常規磨削的缺點,從而使磨削力降低,工件表面的磨削質量提高;

  4. 在低溫條件下結合線修整(ELID)磨削技術能夠長時間保持磨粒的鋒銳性,增加砂輪的容屑空間,避免砂輪堵塞,從此方面來說亦可減小鈦合金的磨削力。


五、結論



  1. 液氮噴霧式低溫ELID磨削鈦合金能夠有效地降低鈦合金磨削力及磨削區溫度,從而使砂輪表面鈦合金粘附明顯減小。

  2. 採用噴霧式低溫磨削裝置使鈦合金磨削處於惰性氣體保護氛圍,減少了鈦合金錶層污染。

  3. 以液氮取代鈦合金磨削液,對周邊環境及操作者沒有污染與傷害,有利於實現綠色製造。


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干式切削(Near Dry Machining)和微量润滑系统(MQL)-干式切削摘要:定义,概念:
准干式切削:是相对干式切削和湿式切削而言的,是在切削刀具的切削刃上喷上一层润滑油,切削加工的时候,润滑油在刀具和工件间形成一层油膜,保护刀具和工
件,避免热量产生,提高工件加工精度,特别是在精密加工中。 微量润滑系统:简单的说就是精密控制油 2002:机床,入世是挑战更是机遇
专家指出要加大我国数控机床研发力度 加快普及型数控机床的发展 漫话中国机床制造业的服务竞争 中国铣床和加工中心市场的现状和展望
国内外车床的技术水平和发展方向 世界加工中心的生产、需求和发展动向 国内外机床发展趋势 世界数控系统发展趋势 切削加工技术和数控机床的发展
现代机床产品技术发展趋势 我国高速加工技术现状及发展趋势 利用先进制造技术提升汽车活塞加工水平 瓶盖及瓶口模具上特殊螺纹的数控车削
深孔的螺纹加工 数控车床螺纹切削方法分析与应用 磨削蜗杆砂轮的修整 精密零件多台阶面磨削的新方法 曲轴连杆颈的跟踪磨削工艺
定义,概念:
准干式切削:是相对干式切削和湿式切削而言的,是在切削刀具的切削刃上喷上一层润滑油,切削加工的时候,润滑油在刀具和工件间形成一层油膜,保护刀具和工件,避免热量产生,提高工件加工精度,特别是在精密加工中。
微量润滑系统:简单的说就是精密控制油量的喷油装置,通常分为外喷油和内喷油装置。外喷油装置是润滑油和压缩空气分别独立调节,压缩空气在喷嘴出口处将润滑油通过高速气流吹向切削刀刃,实现润滑作用。
一喷雾冷却的机理

削液在金属切削中主要起两个作用,一是润滑作用;二是冷却作用。切削液能否充分发挥有效的润滑作用,其渗透能力强弱是一个重要的因素。常规的浇注式切削液
在切削加工中的渗透以液体渗透和气体渗透两种方式进行:浇注的液体渗透效率较低,在高速切削时效率更低;气体渗透是由于浇注在切屑表面裂纹中的液体随着切
削温度的上升发生汽化而向前刀面进行渗透的。试验证明,常规切削液的渗透能力不强,能够被汽化的液体量很少,使润滑效果受到限制。而喷雾冷却形成的两相流
体,能够弥补切削液渗透能力的不足。气液两相流体喷射到切削区时,有较高的速度,动能较大,因此渗透能力较强。此外,在气液两相射流中微量液体的尺寸很
小,遇到温度较高的金属极易汽化,可从多个方面向刀具前刀面渗透。虽然射流中的液体量很少,但被汽化的部分则比连续浇注切削液时多,因而润滑效果较好。在
金属加工中切削热主要来源于金属的塑性变形,切削区的冷却过程就是固体与流体之间的传热过程。由于流体与固体分子之间的吸引力和流体粘度作用,在固体表面
就有一个流体滞流层,从而增加了热阻。滞流层越厚,热阻越大,而滞流层的厚度主要取决于流体的流动性即粘度。粘度小的流体冷却效果比粘度大的流体冷却效果
好。
气液两相流体喷出时,体积骤然膨胀对外做功,消耗了内能,可使温度降低10℃左右。喷雾冷却中两相流体有较高的速度,能够及时将铁屑冲走,并带走大量的热量,进一步增强了降温效果。因此,喷雾冷却实际上综合了气液两种流体的降温效果和优点。
二喷雾冷却装置的工作原理
喷雾冷却就是把微量液体混入压力气流中,形成雾状的气液两相流体,通过喷雾产生射流,喷射到切削区,使工件和刀具得到充分冷却和润滑。
喷雾冷却装置工作时,压缩空气经分水滤气器滤除水分等杂质,通过电磁阀后一小部分压缩空气进入冷却液箱内,将冷却液压出到喷嘴;绝大部分压缩空气经调压阀将压力调至0.32~0.35MPa后经压缩空气软管到喷嘴与冷却液混合,雾化后喷射到切削区。

雾冷却技术的关键在于能否把冷却液充分雾化。由于冷却液的压力略大于压缩空气的压力,二者在气液混合室内混合后,经蛇皮管式冷却管5由喷嘴头喷出。反
之,若冷却液的压力小于压缩空气的压力,则冷却液将被压回到冷却液箱内。在一些进口机床的喷雾冷却装置中,压缩空气是从调压阀后进入冷却液箱的,因此喷出
冷却液时往往有“喘气”现象。若将压缩空气改为从电磁阀后直接进入冷却液箱,就可避免“喘气”现象。
为了调节喷出的冷却液流量,在喷嘴上
安装了冷却液流量调节阀。一些进口机床所采用的喷雾冷却装置,其喷嘴调节阀为锥形,使用时通过调整锥面配合间隙的大小
来调节冷却液流量。由于加工这种结构的喷嘴调节阀比较困难,阀杆与阀体锥面的同心度不易保证,从而不能有效地调节冷却液的流量。试验证明,如将锥阀改成平
阀、将锥面改成平面,并增加一个密封圈,则冷却液的流量可以任意调节。
三喷雾冷却液的选择

于从喷嘴喷出的冷却液成雾状,其中大部分喷到切削区,一小部分弥散在空气中,为了避免环境污染及对操作者造成伤害,冷却液的选择非常重要。通过使用非传
统的切削液-植物油,包括脂类,环境成本显著减少。这些产品的技术优点包括具有清洗剂,分散剂的性能,低发泡,快速放气,着火点相对较高以及表层兼容。基
于植物的润滑油可迅速被生物降解,大多数情况下,润滑油在21天内即被分解,这样就无长期清洁的后顾之忧。这些润滑油也已经得到改进,具有低雾化的特点,
有助于短期清洁。
对润滑剂的要求:

首先,润滑剂要求较低的粘度。
其次,润滑剂有很好的渗透性和表面附着系数。
第三,润滑剂要具有超级的润滑性。
第四,润滑剂需要优良的极压性能。
第五,润滑剂环保、安全、可再生(植物性)。


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1.1 传统切削液供给系统的构成及缺陷
切削液系统是切削加工系统的重要组成部分。切削液系统主要包括切削液供给系统和切削液。传统的压力供液式喷雾冷却系统通常由以下部分构成:①切削
液泵(冷
却泵):按要求的压力和流量向切削区供给切削液;②切削液箱:储存待用切削液及沉淀用过的切削液;③输送装置(管道、喷嘴等):将切削液送达加工区;④净
化(过滤)装置:从切削液中去除切削过程中产生的切屑及其它机械杂质,使加工区使用的切削液保持清洁;⑤防护装置(防护罩、挡板等):防止切削液四处飞溅

浸入机床部件内。
对照绿色制造理论的相关要求,传统的切削液供给系统存在以下缺陷
(1)使用成本高
据德国公司的统计资料,切削加工中使用切削液的费用约占制造总成本的7%~17%,其中切削液供给系统的使用成本(包括系统的清洗、维护费用及附属环保设备费用)占有较大比例。
(2)切削液用量不易控制
传统的切削液供液方法(如浇注法、压力喷射法、喷雾法等)是通过用较大压力和流量的切削液覆盖切削区来起到润滑、冷却、冲洗等作用。当加工条件发生变化时(如更换工件、刀具等),不易对切削液用量进行调整与控制。
(3)资源消耗大
传统切削液供给系统使用的冷却泵、液压阀、喷嘴等零部件精度不高,难以实现对切削液供给方式和供给量的精确控制,达不到微量、均匀、连续、精确供给润滑液的要求,从而需要消耗大量资源。
(4)环境污染严重
传统的切削液供给系统主要采用切削液内循环方式,其净化装置在切削加工过程中净化效率较低,废液和切屑造成的环境污染程度较严重,相应的治理费用较高。
(5)管路清洗难度大
传统切削液供给系统中的管线材料主要为不锈钢、铜、橡胶等,地沟则由水泥抹成,不适合进行化学清洗。切削液流经管线时间较长后会形成具有一定机械强度的黑色垢层,给清洗工作造成困难。1.2 切削液的构成及环境影响
切削液可分为水基和油基两大类。水基切削液具有较强的冷却能力,其主要成分为水、化学合成液或乳化液,通常添加有防锈剂、极压添加剂等;油基切削液具有较好的润滑性能,其主要成分为各种矿物油、动物油、植物油或复合油,可视需要添加极压添加剂、油性添加剂等。
切削液的环境影响主要表现在以下方面:
(1)对生态环境的影響
切削液对生态环境的危害主要表现为废切削液(废油、废液)对水资源的污染。在切削加工中产生的废油、废液如未经有效处理而直接排放,将会造成严重
的水污
染。此外,切削加工中使用的切削液会或多或少存留在切屑上,大量堆积的切屑上带有的切削液会污染土壤;对切屑再生利用时切削液的有毒、有害成分也会污染环
境。
(2)对人体健康、安全、卫生的影响
切削液对人体的危害主要表现为:①切削液中的某些添加剂(如常用作杀菌添加剂的苯酚类物质)对人体具有毒性;②切削液中矿物油、表面活性剂的脱脂
作用以及
防腐、杀菌添加剂的刺激性会使人体皮肤干燥、脱脂、开裂,甚至引起红肿、化脓等;③油基切削液中的矿物油、水基切削液中的碱性物质对人的呼吸器官具有一定
危害作用。
(3)对安全生产的影响
由于切削液中含有各种添加剂,在其使用过程中容易使设备产生腐蚀、生锈,油基切削液则易引发火灾等,对安全生产造成威胁。
2.切削液系统的优化策略
面向绿色制造的切削液系统应具备如下性能:①供液装置成本低、易安装,供液方式灵活;②供液方法先进,供液参数合理,供液量适当,冷却、润滑、防
锈、清洗
功能强;③切削液无毒、无刺激性,对操作者无危害,具有生产安全性,对环境无污染或低污染;④系统通用性强,适用于多种切削加工方式和多种工件材料;⑤切
削液透明(或半透明),便于观察加工状态;⑥具有相应的废液处理方法,废液处理方便、价廉;⑦具有高效的过滤、回收装置,可延长切削液的使用寿命和重复利
用率,同时可避免较大切屑随废液排出,造成环境污染。为了更好地改进切削液系统的使用性能,实现洁净化、高效化生产,可从供液系统和切削液两方面采取合理
措施对切削液系统进行优化。 2.1 切削液供给系统的优化设计
(1)合理使用多种型式、多个数量的喷嘴
传统的切削液供给系统由低压泵、管路系统和喷嘴组成。由泵送出的切削液经喷嘴流出浇注到刀具、工件和切屑上,然后对切屑进行过滤分离后又回到供液
箱。为了
更有效地发挥切削液的润滑、冷却、冲洗作用,可同时使用多种型式、多个数量的喷嘴。如在车削加工中,安装一个喷嘴时,必须保证供液量充足,才可使切削液从
侧面渗入刀尖附近。若安装两个喷嘴,则可使切削液更容易渗入切削区,更好地发挥润滑、冷却作用。在铣削加工中也可设置两个喷嘴,右侧喷嘴的切削液对切削区
进行润滑、冷却,左侧喷嘴的切削液则用于冲洗切屑。当刀具宽度较窄时,可选用普通的圆形喷嘴;若刀具较宽时,则选用扇形喷嘴更为有效。
(2)采用外部喷雾冷却润滑系统和细微喷淋技术
外部喷雾冷却润滑方式是将悬浮在空气中的细微切削液雾滴(尺寸仅为纳米级)连续不断地喷注到加工刀具上,对刀具起到冷却和润滑作用。该方法的切削
液使用量
少于50ml/h,而传统的浇注法供液方式的切削液使用量则超过6000ml/min。细微喷淋技术是通过喷嘴将少量(10~100ml/h)高质量切削
液(如植物油、合成油)喷淋于刀具与工件接触处,该方法可有效延长刀具使用寿命。如对主轴结构进行一定改进,还可通过主轴或刀具中的孔道将气雾剂或润滑油
直接输送至切削刃,以获得更好的冷却润滑效果。
(3)设计最小润滑系统
最小润滑技术主要包括气雾外部润滑和气雾内部冷却两种方式:①气雾外部润滑方式:将切削液送入高压喷射系统并与气体混合雾化,然后通过一个多头喷
嘴将雾滴
尺寸达毫微米级的气雾连续不断地喷射到加工刀具表面,对刀具进行冷却和润滑;②气雾内冷却方式:通过主轴和刀具中的孔道直接将冷却气雾送至切削区域,进行
冷却和润滑。
根据加工需要,可将两种冷却润滑方式配合使用,以获得最佳冷却润滑效果。最小润滑技术的最大优点是可使切削区域外的刀具、工件和切屑
保持干燥,并可避免处理大量切削废液的难题。最小润滑技术主要用于在铸铁、钢、铝合金等材料上进行钻孔、铰孔和攻丝加工,以及深孔钻削、铝合金端面铣削
等。由于切削液用量很小,因此切削液供给系统结构简单、体积小,易布局,可集成设计于主轴电机中,切削液流量由CNC程序控制。采用最小润滑系统的加工单
元可在6.5秒时间内钻削10个φ8mm、中心距为20mm的孔,加工1小时仅需一杯润滑液(大部分被蒸发消耗),切屑中的切削液含量很少,回收处理费用
大幅度下降。
2.2 绿色切削液的开发与应用
(1)改善切削液成分——替换矿物油
用植物油替代矿物油配制油基切削液是改善切削液绿色特性的重要途径之一。与矿物油不同,植物油属可再生资源,可完全自然降解,对人和自然环境无危
害性。虽
然植物油在切削液中的应用受到氧化、水解性能不稳定、易老化等缺点的制约,但由于其挥发性低,加入一定添加剂(如抗氧化剂等)后能较好满足加工要求,因此
具有广阔的应用前景。此外,还可采用酯类油替代矿物油。目前国内外生产的各种酯类油的生物降解率已可达90%~100%,其缺点是成本较高。研制可完全降
解、价格低廉的酯类油产品已成为各国研究开发绿色切削液的重要内容。(2)研究开发新型切削液添加剂
开发新型添加剂是提高切削液质量和绿色水平的有效途径。为了增强切削液的环境友好性,面向绿色制造的切削液系统应重点开发应用以下几种高效无毒添
加剂:①
硼酸酯类添加剂:有机硼酸酯作为新型减摩抗磨添加剂已受到广泛重视。硼酸酯易于合成,大部分硼酸酯均由带羟基的物质(如醇)与硼化剂(如硼酸)反应生成,
目前关于水溶性硼酸酯合成技术的研究已取得一定进展,通过在硼酸酯中引入硫、氮,可生成含硫硼酸酯和含氮硼酸酯,并已证实硼酸酯是一种多功能环保型添加
剂。②钼酸盐系缓蚀剂:钼酸盐属阳性缓蚀剂,添加到切削液中可在加工金属表面生成FeMoO4Fe2O3钝化膜,使工件获得良好的缓蚀效果。通常认为钼酸
盐是一种无毒、无污染的防锈剂,但其价格昂贵,影响了进一步推广应用。通过研究钼酸盐与其它有机、无机缓蚀剂配伍使用的协同效应,已合成出一种由钼酸盐、
硼酸盐、有机胺等组成的高效、价廉的防锈络合物。此外,钼酸盐还能提高切削液的极压抗磨性能。③新型防腐杀菌剂:切削液本身具有细菌等微生物滋生繁衍的条
件,容易腐败变质。通过添加防腐杀菌剂可抑制细菌、霉菌等的滋生,杀灭切削液中已存在的细菌,以延长切削液的使用寿命。新型防腐杀菌剂应具有高效、价廉、
无污染等绿色特性。
(3)开发传统切削液的替代品
氮气是大气中含量最多的成分,液氮作为制氧工业的副产品,资源丰富。以液氮作为切削液,使用后直接挥发为氮气返回大气中,不会产生任何污染物,从环保角度看,是一种极有发展前途的切削液替代品。液氮冷却方法之一是将液氮作为切削液直接喷射于切削区。
除上述研究课题外,还应进一步研究废液的回收利用和无害化处理技术,加强实用化技术、经济性评价以及适用范围等方面的研究。
3.应用实例
某机床厂在滚齿加工中采用传统的切削液冷却系统,资源浪费严重,加工噪音大;切削液采用32#机油,对工人健康及加工设备都有一定危害性,且废油
较难处
理;为提高企业的绿色制造水平,该厂希望对该切削液冷却系统进行优化改造并采用新型绿色切削液替代传统切削油。为此,作者运用多级模糊评价方法,建立了面
向绿色制造的切削液综合选择模型,并据此对三种切削液系统优化方案(A1~A3)进行了综合评价和系统决策:方案A1为采用传统切削液32#机油;方案
A2为采用国产新型绿色合成切削液SG-3;方案A3仍采用32#机油,但将供液装置改为双喷嘴型式(主要比较其能耗与方案A1的区别)。有关决策目标体
系的建立、决策变量的分解、切削液选择模型的求解等问题已有详细论述,本文从略。方案A1~A3的综合评价目标体系分析及优化结果表明:方案A2、A3的
综合性能均优于方案A1,而方案A2的环保性能优势更明显,方案A3的节能、降噪性能更突出。考虑大规模批量生产的综合成本因素,该厂最后采用A2与A3
相结合的优化方案(即采用新型绿色合成切削液SG-3并对供液系统进行优化改造)。生产实践证明,该切削液系统优化方案效果明显,取得了良好的经济效益和
社会效益。
4.结语
为适应绿色制造技术的发展趋势,实现切削加工过程的洁净化,在研究开发干切削加工技术的同时,应重视传统切削液系统的优化改造,研制先进的切削液供给系统 以及有利于环境保护和人类健康、加工性能优越的新型绿色切削液。
同时,通过改进供液方法,优化供液参数、加强使用管理等措施,可延长切削液使用寿命,减少 切削液使用量及废液排放量。

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ここでは横型マシンニングセンターについているB軸のテーブル回転中芯の出し方例を説明します。
※テストバーは、直径40.000長さ344.820とします。
1.テストバー・ダイヤルゲージのセット状態
      
2.手順1・2・3(X軸)
      

3.手順4・5(X軸)

      

4.手順6(X軸)


5.手順7・8(X軸のテーブル中心までの距離)

 
6.手順9(Z軸)
 Z方向の回転中芯を測定します。

7.手順10・11(Z軸)

      
※このときダイヤルの0はB軸の回転中心からテストバーの半径であることを知ってください。

8.結果(Z軸テーブル中芯までの距離)

      
9.結果(XB・軸の回転中芯)

 上記手順で得たテーブル中心までの各数値です。
      
10.GOチェッカー使用の場合のZ方向芯出し
 B0度面で下図のように合わせます。
       
 今度はB180度面で合わせます。
       
※ここではプレートを使用しましたが、円又は球でも寸法のわかっているものなら何でもよいです。
11.備考
 この芯出しは静的精度になります。切粉を出している状況の動的精度は各部が熱を持ち、誤差が出ますので注意して下さい。
 数値が半端の場合でメーカさん規定に対して誤差が多い場合、俗に言うレベルが変化していると思いますので、精度点検をされた方がいいと思います。
また多少の誤差で数値をきっちりにしたい場合はパラメータの1850GRID SFT番で変更できるようですが、変更後再度の確認をしてください。

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立形MCの静的精度の説明です(JISB6336-2から抜粋)。
 JISB6191(工作機械-静的精度試験方法及び工作精度試験方法通則)の3.試験の準備等及び、検査の仕方等の詳細はJISB6336-2(立て形及び万能主軸頭をもつ機械の静的精度(垂直Z軸))を参照の事。
主たる静的精度一覧

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