高速切削加工技術(shù)及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用(上)

高速切削加工是面向21世問紀的一項高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在汽車工業(yè)、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟效益，是當(dāng)代先進制造技術(shù)的重要組成部分。

　　高速切削加工的技術(shù)特征

　　高速切削是實現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)，工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率。可以說，高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。其技術(shù)特征主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

　　1)切削速度很高，通常認為其速度超過普通切削的5～10倍：

　　2)機床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000～20000r/min以上；

　　3)進給速度很高，通常達15～50m/min，最高可達90m/min

　　4)對于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同；

　　5)切削過程中，刀刃的通過頻率(Tooth Passing Freqnency)接近于“機床-刀具-工件”系統(tǒng)的主導(dǎo)自然頻率(Dominant Natural Frequency)。 　　1992年，德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工(High Speed Manu facturing，HSM)的概念及其涵蓋的范圍。認為對于·不同的切削對象，過渡區(qū)(Transition)即為通常所謂的高速切削范圍，這也是金屬切削工藝相關(guān)的技術(shù)人員所期待的或者可望實現(xiàn)的切削速度。

　　與傳統(tǒng)加工相比，由于高速切削顯著地提高了切削速度，從而導(dǎo)致工件與前刀面的摩擦增大并導(dǎo)致切屑和刀具接觸面溫度的提高。在該接觸點，摩擦帶來的高溫能達到工件材料的熔點，使得切屑變軟甚至液化，因而大大減小了對切削刀具的阻力，也就是減小了切削力，使得切削變得輕快，切屑的產(chǎn)生更加流暢。同時由于加工產(chǎn)生的熱量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，所以傳導(dǎo)到工件上的熱量大大減少，提高了加工精度。高速切削加工技術(shù)的優(yōu)點主要在于：提高生產(chǎn)效率；提高加工精度和表面質(zhì)量；降低切削阻力。

　　高速切削加工在汽車工業(yè)中的應(yīng)用概況

　　對于有大量材料需要移除的工件，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)或超薄結(jié)構(gòu)的工件(如發(fā)動機機體、缸蓋，汽車覆蓋件模具等)，傳統(tǒng)上需要花相當(dāng)長的機動工時加工的工件以及設(shè)計變更快速、產(chǎn)品周期短的工件，均能顯示出高速切削所帶來的優(yōu)點。下面介紹汽車發(fā)動機和汽車零件、覆蓋件模具高速切削加工。

　　1.汽車發(fā)動機及其配件的高速切削加工

　　FTL：用高速加工中心組成高效率的柔性生產(chǎn)線(FTL)，具有小型化、柔性突出以及易于變更加工內(nèi)容等顯著特點。

　　為了發(fā)揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的高速切削加工技術(shù)和自動換刀功能的優(yōu)勢，提高加工效率，對復(fù)雜零件的加工應(yīng)盡可能采用集中工序的原則，即要求在一次裝夾中實現(xiàn)多道工序的集中加工，淡化傳統(tǒng)的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限，充分發(fā)揮設(shè)備和刀具的高速切削功能。同時，對刀具也提出了多功能的新要求，要求一種刀具能完成零件不同工序的加工，減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時間，以減少刀具的數(shù)量和庫存量，有利于管理和降低制造成本。較常用的有多功能車刀、銑刀、鏜銑刀、鉆銑刀、鉆-銑螺紋-倒角等刀具。在批量生產(chǎn)線上使用一些針對性的工藝策略，還需要開發(fā)的專用刀具、復(fù)合刀具或智能刀具，以提高加工效率和精度，減少投資。在高速切削條件下，有的專用刀具可將零件的加工時間降至原來的1/10以下，效果十分顯著。