大直徑輥筒專用外圓磨床設(shè)計（磨頭及導(dǎo)軌傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計）
大直徑輥筒專用外圓磨床設(shè)計（磨頭及導(dǎo)軌傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計）,大直徑輥筒專用外圓磨床設(shè)計（磨頭及導(dǎo)軌傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計）,直徑,專用,磨床,設(shè)計,導(dǎo)軌,傳動,結(jié)構(gòu)設(shè)計
中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計譯文
21.11 線體加強(qiáng)及奈米晶型工具材料
為了更進(jìn)一步改善切削工具的表面質(zhì)量和耐用性, 尤其是在新材料和復(fù)合材料這方面一直在研究，開發(fā)超硬材料制作的工具取得了進(jìn)步，例如：
a. 高抗拉強(qiáng)度。
b. 抗熱沖擊。
c. 強(qiáng)切削刃。
d. 熱硬性。
最近發(fā)展的包括使用復(fù)合切削工具材料作為加強(qiáng)纖維 (第 9.2.1 節(jié))。線體加強(qiáng)材料的例子包括用碳化硅(SiC)晶體加強(qiáng)的以氮化硅為基礎(chǔ)的工具，和以碳化硅晶體加強(qiáng)的以氧化鋁為基礎(chǔ)的工具,有時以鋯氧化物 (ZrO2) 的附加.然而，金剛砂和黑色金屬的高反應(yīng)使碳化硅工具不適合切削鐵和鋼。
納米材料(第 6.15 節(jié))的進(jìn)步促進(jìn)了由細(xì)密紋理(超細(xì)微粒)的碳化物(鎢碳化物,鈦碳化物和鉭碳化物)切削工具的發(fā)展。與傳統(tǒng)的碳化物相較，這些工具材料強(qiáng)度比較高、硬度比較大、和抵抗力比較強(qiáng), 可以提高生產(chǎn)效率。在一個應(yīng)用程序中, 直徑100微米(0.004寸)的微鉆頭正在使用這些材料制造而且被用于微型電子電路的制作(第 34 章)。
21.12 切削工具的修理
當(dāng)用切削工具工作, 特別是高速鋼工具,變成磨損，它們?yōu)檫M(jìn)一步的使用而被修理 (使其再鋒利)。 它們通常在工具室中被固定在工具磨床上修磨(第 25.6.5 節(jié))。工具修理或者是手工修磨，那需要相當(dāng)高的操作技術(shù),或由計算機(jī)控制的工具磨床上來完成。其他的方法 (如第 26 章所描述) 也可能用來修理工具和刀具。 修理也可能包括用鈦氮化物再涂在二手工具的上面。
堅固性和精密度很重要在修理方面。工具的鋒利度應(yīng)該在它們的形狀和表面的完成后檢查。決定有關(guān)是否工具應(yīng)該被修理或者被回收決定于其牽涉的相比較的費(fèi)用。熟練的勞動是昂貴的, 如操作計算機(jī)控制的機(jī)床的工人,因此另外的考量是參考工具材料的再循環(huán)和這樣做的費(fèi)用(表 21.6)，因?yàn)槎鄶?shù)包含至關(guān)重要的昂貴材料, 像是鎢和鈷。
21.13 切削液
也叫潤滑劑和冷凍劑，切削液廣泛地應(yīng)用在切削和磨削程序中(第 25 章) 達(dá)到以下效果:
l 減少摩擦和磨隕,如此改善工具壽命和表面質(zhì)量。
l 減少切削力和能量消耗。
l 冷卻切削區(qū)域,如此降低工件溫度和熱變形。
l 沖走切屑。
l 保護(hù)機(jī)器表面免于環(huán)境的腐蝕。
表21.6 估算選擇切削工具的費(fèi)用
刀具 尺寸（寸） 費(fèi)用（美元）
高速鋼 1/4平方 X 21/2 1—2
1/2平方 X 4 3—7
硬質(zhì)合金刀 1/4平方 2
3/4平方 4
滲碳量，每平米3/16
普通刀具 內(nèi)切圓半徑1/2 5—9
鍍膜 6—10
陶瓷刀具，每平方 內(nèi)切圓半徑1/2 8—12
含立方氮化硼，每平方 內(nèi)切圓半徑1/2 60—90
鉆石鍍層刀具 內(nèi)切圓半徑1/2 50—60
金剛石鉆頭 內(nèi)切圓半徑1/2 90—100
一種切削液體基本上可能是一個冷卻劑或潤滑劑。 它在切削中的作用取決于許多因素，如這樣的一些因素, 切削溫度， 切削速度、和切削方式。 如第 20.6 節(jié)所示, 切削溫度隨切削速度的提高而升高。 因此，冷卻切削區(qū)域在高速切削中是非常重要的。
水是一個優(yōu)良的冷卻劑; 然而，它引起工件和機(jī)器部件的生銹而且是不好的潤滑劑。 另一方面，如果切削速度低, 例如在拉削或者出屑方面，潤滑劑(不是冷卻)是重要的因素。 為了減少刀刺的形成, 潤滑劑改善工件表面質(zhì)量。
選擇何種類型的切削決定于切削溫度的高低和切削力的大小, 切屑的類型和切屑排出的難易。在幾種(例如拉削、鉆削,和攻絲)操作方面，需要使用切削液。
然而,有些情況使用切削液可能是有害的。在斷續(xù)切削，例如切齒，切削液體的冷卻行動增加熱和冷(熱循環(huán))的周期的范圍。 這情況能導(dǎo)致熱裂縫 (熱疲勞或熱沖擊)。切削液體也可能導(dǎo)致薄片變得比較卷曲,集中接近工具頂端的熱應(yīng)力。這些熱應(yīng)力，集中接近刀具頂端,減少工具的壽命。
21.13.1 切削液的作用
雖然切削液的基本作用在金工操作方面在第32.9節(jié)中更為詳細(xì)地被描述, 但是，我們簡短地在這里描述切削液體影響機(jī)加工操作方面所依據(jù)的機(jī)制?？匆幌赂咔邢髯枇偷毒哳^的進(jìn)給速率, 如何讓一種切削液進(jìn)入這個切削區(qū)域影響切削過程?
切削液體被計算機(jī)控制由薄壁細(xì)管道流入刀具和工件表面的接觸區(qū)域。（見第32.2節(jié)）研究已經(jīng)表明切削液通過薄管的一側(cè)流入切削區(qū)域。因?yàn)檫@個管道比較細(xì)小，因此切削液體應(yīng)該有較小的分子而且擁有適當(dāng)?shù)牧鲃?表面張力)特性。
例子:切削液體在切削中的作用
切削操作是與有效的潤滑劑的切削液體一起進(jìn)行的。如果切削液被關(guān)閉，解釋在切削操作的技巧和總的能源消費(fèi)方面將會改變。
解決方案: 因?yàn)榍邢饕后w是好潤滑劑，當(dāng)切削液體被關(guān)閉的時候，在刀具和工件表面的摩擦將會增加。下列一連串事件將會發(fā)生:
a.切削液關(guān)閉。
b.刀具和工件表面的摩擦將會增加。
c.刀具刃傾角度減少 (Eq.20.3)
d.切應(yīng)變增加 (Eq.20.2)
e.切削面變得粗糙
f.可能形成切削刀刺
下列的事件由于前述的現(xiàn)象發(fā)生:
a.在主要的切削區(qū)域的切削能量增加 (第 20.5.3 節(jié))
b.在中級的切削區(qū)域的摩擦能量增加
c.總計的能量消耗增加
d.切削區(qū)域的溫度升高, 引起刀具磨損
e.降低工件的表面質(zhì)量
f.尺寸公差在加工期間因?yàn)闇囟鹊纳吆图?xì)工件的膨脹可能難以實(shí)現(xiàn)
21.13.2 切削液體的類型
一般有四種類型的切削液普遍被用于切削操作:
a.油
b.乳化液
c.半合液
d.合成液
這些切削液體的特性在第 32.10 節(jié)中被描述，而且對于特定切削操作的切削液的介紹在第 22,23,和 25章。
21.13.3 切削液的應(yīng)用方法
切削液有三種基本應(yīng)用方法:
a.溢水式冷卻 (圖 21.11) 。這是最常用的方法。流量比率范圍從單一工具的 10 L/min到多齒刀具的225 L/min。在鉆削和磨削操作中, 700 kpa-14,000 kpa 的流動壓力用來沖走切屑。
第21節(jié)切削工具和切削液
圖21.11 在各種不同的切削操作方面正確使用切削液的示意圖：
(a)車削，(b)銑削
（c）線研磨,(d)鉆削
b.噴霧式冷卻。噴霧式冷卻能使切削液體到達(dá)難以接近的區(qū)域而且有利于工件被加工。它對以水為基礎(chǔ)的切削液體特別地有效和在磨削操作方面,在70 kpa-600 kpa 的大氣壓下。噴霧式冷卻需要通氣而且受制于冷卻的能力。
c.高壓冷卻系統(tǒng)。由于現(xiàn)代社會發(fā)展速度的加快和能源的發(fā)展，計算機(jī)控制工作母機(jī)，機(jī)械加工操作的熱效應(yīng)已經(jīng)成為一個重要的因素。最近發(fā)展的包括高壓冷凍系統(tǒng)冷卻的使用改善來自切削區(qū)域的熱移動比率。高壓系統(tǒng)也被用于傳送切削液到切削區(qū)域，特別地設(shè)計了噴嘴旨在使切削液快速到達(dá)切削區(qū)域。
壓力的大小，通常在 5.5 MPa-35 MPa , 切削液的管道要有分支，否則如果很長且連續(xù),干擾切削操作。為了要避免來自高壓的噴射液的粒子的沖擊的對工件表面的傷害 , 添加劑在冷凍劑里的大小不應(yīng)該超過20微米; 適當(dāng)?shù)暮瓦B續(xù)的過濾液體是必要的。
21.13.4切削液的效果
切削液的選擇也應(yīng)該包括考慮例如其作用在工件材料和機(jī)床工具的影響，生物因素和環(huán)境因素上的潛在影響。
在工件材料上的影響。 當(dāng)選擇切削液體的時候，一應(yīng)該考慮機(jī)械加工成份是否受制于環(huán)境的影響，和高昂的服務(wù)壓力,可能導(dǎo)致金屬腐蝕而產(chǎn)生裂痕。這對考慮用硫和氯添加劑的切削液體特別地重要。舉例來說，當(dāng)切削鈦時，不應(yīng)該使用含有氯的切削液。另外還應(yīng)該考慮由切削液體污染工件的可能性,尤其銅和鋁。
機(jī)加工部件應(yīng)該被清理和清洗為了要除去一切的切削液殘渣。及時做這樣的操作是重要的和值得的; 因此，趨勢將使用低黏質(zhì), 清潔和過濾的單純的以水為基礎(chǔ)的液體。
在機(jī)床上的影響。 正如切削液可能對工件材料有不利地影響，它能同樣地影響機(jī)床和它的部件, 像是導(dǎo)軌和軸承。因此，切削液體的選擇一定，包括它與各種不同的金屬和非金屬的材料的兼容性的考慮,包括油和可能被當(dāng)作潤滑劑使用的油脂。
生物和環(huán)境方面的影響。 因?yàn)闄C(jī)床操作員通常是直接接近切削液的，應(yīng)首先考慮切削液對操作人員的影響。來自切削液的臭氣、煙和氣味能引起嚴(yán)重的皮膚反應(yīng)和呼吸器官問題。 相當(dāng)多的進(jìn)步已經(jīng)在確定制造業(yè)的計劃的切削液的安全使用方面表現(xiàn)。
另外地, 在環(huán)境方面的影響, 特別是關(guān)于空氣和水污染方面，非常重要。 這已經(jīng)導(dǎo)致向干加工方面發(fā)展,可能有它自己的優(yōu)勢和局限。
切削液, 連同其它被用于金工制造業(yè)操作的液體, 當(dāng)他們的使用隨著時間的過去，可能發(fā)生化學(xué)變化。 這些變化可能是由于環(huán)境的影響或者來自各種不同的來源的污染, 包括管道和在機(jī)加工期間產(chǎn)生的金屬屑和油污染。
這些變化包括微生物的生長, 特別地在水上面,不利地影響液體的特性。
凈化、再循環(huán)和處理。 一些技術(shù),像是沉淀，撇取、離心過濾法和過濾, 可用來凈化使用過的切削液。 再循環(huán)用各種不同的添加劑、代替劑、生物劑和防臭劑、連同以水為基礎(chǔ)的切削液處理。處理過程一定遵從聯(lián)邦的, 州、和當(dāng)?shù)氐姆珊鸵?guī)則,如第 37.4 節(jié)所描述.
總結(jié)
l 各式各樣的切削工具材料已經(jīng)在過去的世紀(jì)內(nèi)發(fā)展, 最普遍存在的是高速鋼、碳化物，陶瓷和立方體硼氮化物。 工具材料有廣泛的機(jī)加工性能和物理性能，如熱硬性、韌性、穩(wěn)定性和惰性這樣的物理性質(zhì)、并且對抗性好和耐用性強(qiáng)。
l 各種不同的工具鍍層已經(jīng)發(fā)展,主要用來延長工具的壽命，改善工具表面和機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)性。通常的鍍層材料是鈦氮化物, 鈦碳化物, 鈦氯碳化物和鋁氧化物; 鉆石涂料也正在得到認(rèn)同。趨勢朝著性能更好的多鍍層方向發(fā)展。
摘自
Manufacturing Engineering and Technology ----Machining，機(jī)械工業(yè)出版社，原書第四版
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