金刚石超高速加工与超精密加工技术

2012-02-22 08:30 来源: 我的钢铁网

一、技术概述

超高速加工技术是指采用金刚石超硬材料的刃具,通过极大地提高金刚石切削速度和进给速度来提高资料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。

超高速加工的金刚石切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前,一般认为,超高速切削各种资料的切速范围为:铝合金已超过1600m/min铸铁为1500m/min超耐热镍合金达300m/min钛合金达150~1000m/min纤维增强塑料为2000~9000m/min各种切削工艺的切速范围为:车削700~7000m/min铣削300~6000m/min钻削200~1100m/min磨削250m/以上等等。

超高速加工技术主要包括:超高速金刚石切削与磨削机理研究,超高速主轴单元制造技术,超高速进给单元制造技术,超高速加工用刀具与磨具制造技术,超高速加工在线自动检测与控制技术等。

超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm外表粗糙度Ra小于0.025μm以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm加工技术,亦称之为亚微米级加工技术,且正在向纳米级加工技术发展。

超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理研究,超精密加工的设备制造技术研究,超精密加工工具及刃磨技术研究,超精密丈量技术和误差弥补技术研究,超精密加工工作环境条件研究。

二、现状及国内外发展趋势

1.超高速加工

工业发达国家对超高速加工的研究起步早,水平高。此项技术中,处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。

超高速加工技术中,超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件,超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法,而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。目前,刀具资料已从碳素钢和合金工具钢,经高速钢、硬质合金钢、陶瓷资料,发展到人造金刚石及聚晶金刚石PCD立方氮化硼及聚晶立方氮化硼(CBN切削速度亦随着刀具资料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。砂轮资料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等,美国G.E公司50年代首先在金刚石人工合成方面取得胜利,60年代又首先研制胜利CBN90年代陶瓷或树脂结合剂CBN砂轮、金刚石砂轮线速度可达125m/有的可达150m/而单层电镀CBN砂轮可达250m/因此有人认为,随着新刀具磨具资料的不时发展,每隔十年切

削速度要提高一倍,亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了

超高速切削技术方面,1976年美国的Vought公司研制了一台超高速铣床,最高转速达到20000rpm特别引人注目的联邦德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所(PTW从1978年开始系统地进行超高速切削机理研究,对各种金属和非金属资料进行高速切削试验,联邦德国组织了几十家企业并提供了2000多万马克支持该项研究工作,自八十年代中后期以来,商品化的超高速切削机床不时呈现,超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达36000~40000r/min工作台快速移动速度为36~40m/min采用直线电机的美国Ingersol公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。

高速和超高速磨削技术方面,人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削(即HEDG多片砂轮和多砂轮架磨削等许多高速高效率磨削,这些高速高效率磨削技术在近20年来得到长足的发展及应用。德国GuehringAutom公司1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kw强力CBN砂轮磨床,Vs达到140~160m/德国阿享工业大学、Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果,并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工资料方面进行高效深磨的研究。德国Bosch公司应用CBN砂轮高速磨削加工齿轮齿形,采用电镀CBN砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺,加工16MnCr5资料的齿轮齿形,Vs=155m/其Q'达到811mm3/mm.德国Kapp公司应用高速深磨加工泵类零件深槽,工件材料为100Cr6轴承钢,采用电镀CBN砂轮,Vs达到300m/其Q`=140mm3/mm.磨削加工中,可将淬火后的叶片泵转子10个一次装夹,一次磨出转子槽,磨削时工件进给速度为1.2m/min平均每个转子加工工时只需10秒钟,槽宽精度可保证在2μm一个砂轮可加工1300个工件。目前日本工业实用磨削速度已达200m/美国Conneticut大学金刚石磨削研究中心,1996年其无心外圆高速磨床上,最高砂轮磨削速度达250m/。


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