外文翻譯--制造工程與技術(shù)（機(jī)加工）.doc

制造工程與技術(shù)（機(jī)加工）美s.卡爾帕基安一種材料的切削加工性通常從四個方面來定義：（1）、已切削部分的表面光潔度和表面完整性。（2）、刀具的壽命。（3）、切削力和切削的功率需求。（4）、切屑控制。由上述可知，好的切削加工性指的是好的表面光潔度和完整性，長的刀具壽命，低切削力和功率需求。至于切屑控制，細(xì)長而卷曲的切屑，如果沒有及時清理，就會在切削區(qū)纏繞，嚴(yán)重影響切削工序。由于切削工序的復(fù)雜性，因此很難建立一個定量確定一種材料切削加工性的關(guān)系式。在制造廠里，刀具壽命和表面粗糙度通常被認(rèn)為是切削加工性中最重要的影響因素。盡管切削性能指數(shù)使用的并不多，但基本的切削性能指數(shù)在下面的材料中仍然被使用。1鋼的切削加工性因?yàn)殇撌亲钪匾墓こ滩牧现唬ㄈ绲?章所示），所以它的切削加工性已經(jīng)被廣泛地研究過。通過加入鉛和硫磺，可以使鋼的切削加工性得到大幅度地提高。從而得到了所謂的高速切削鋼。二次硫化鋼和二次磷化鋼硫在鋼中形成硫化錳夾雜物（第二相粒子），這些夾雜物在第一剪切區(qū)形成應(yīng)力集中元。其結(jié)果是使切屑容易斷開而變小，從而改善了切削加工性。這些夾雜物的大小、形狀、分布和集中程度顯著的影響切削加工性。化學(xué)元素如碲和硒，其化學(xué)性質(zhì)與硫類似，在二次硫化鋼中起雜質(zhì)改性作用。鋼中的磷有兩個主要的作用。第一它加強(qiáng)鐵素體，增加硬度。越硬的鋼，就會對切屑的形成和表面光潔度越有利。需要注意的是軟鋼是很難加工的，因?yàn)檐涗摷庸と菀桩a(chǎn)生積削瘤而且表面光潔度差。第二個作用是硬度增加會引起短切屑的形成而不是連續(xù)細(xì)長的切屑的形成，因此提高切削加工性。鉛鋼鋼中高含量的鉛在硫化錳雜質(zhì)尖端析出。在非二次硫化鋼中，鉛呈細(xì)小而分散的顆粒。鉛在鐵、銅、鋁和它們的合金中是不能溶解的。由于它的低抗剪強(qiáng)度，鉛在切削時充當(dāng)固體潤滑劑，被涂在刀具和切屑的分界處。這一特性已經(jīng)被證實(shí)-在切削加工鉛鋼時，在刀具橫向表面的切屑上有高濃度的鉛存在。當(dāng)溫度足夠高時例如，在高的切削速度和進(jìn)刀速度下鉛在刀具前直接熔化，并且充當(dāng)液體潤滑劑。除了這個作用外，鉛還可以降低第一剪切區(qū)中的剪應(yīng)力，減小切削力和降低功率消耗。鉛能用于各種型號的鋼，例如10XX，11XX，12XX，41XX等等。鉛鋼由型號中第二和第三數(shù)碼中的字母L識別（例如，10L45）。（需要注意的是在不銹鋼中，字母L指的是低碳，這是提高不銹鋼耐腐蝕性的先決條件）。然而，因?yàn)殂U是眾所周知的毒素和污染物，因此在鋼的使用中存在著嚴(yán)重的環(huán)境隱患（在鋼產(chǎn)品中每年大約有4500噸的鉛消耗）。于是，消除鉛在鋼中使用是一個必然的趨勢（無鉛鋼）。鉍和錫現(xiàn)正作為最可能替代鋼中鉛的物質(zhì)而被人們所研究。脫氧鈣鋼一個重要的發(fā)展是脫氧鈣鋼，在脫氧鈣鋼中可以形成硅酸鈣的氧化物片。這些片狀物，可以減小第二剪切區(qū)中的應(yīng)力，降低刀具和切屑分界處的摩擦和磨損。溫度也相應(yīng)地降低。于是，這種鋼產(chǎn)生更小的月牙洼磨損，特別是在高速切削時更是如此。不銹鋼通常奧氏體鋼很難進(jìn)行切削加工。振動可能是一個問題，這必需要求機(jī)床有足夠的剛度。然而，鐵素體不銹鋼有很好的切削加工性。馬氏體鋼易磨蝕，易于形成積屑瘤，并且要求刀具材料有高的熱硬性和耐月牙洼磨損性。經(jīng)沉淀硬化的不銹鋼強(qiáng)度高、磨蝕性強(qiáng)，因此要求刀具材料硬度高而耐磨。鋼中其它元素對切削加工性能的影響鋼中鋁和硅元素的存在總是有害的，因?yàn)檫@些元素結(jié)合氧會生成氧化鋁和硅酸鹽，而氧化鋁和硅酸鹽硬度高且具有磨蝕性。這些化合物會加快刀具磨損，降低切削加工性。因此生產(chǎn)和使用凈化鋼是非常必要的。根據(jù)它們的構(gòu)成，碳和錳在鋼的切削加工性方面有各種不同的影響。低碳鋼（少于0.15%的碳）容易形成積屑瘤而使毛坯的表面光潔度很低。鑄鋼的切削加工性和鍛鋼的大致相同，但鑄鋼更容易磨蝕。工具鋼和模具鋼很難用于切削加工，通常是在切削加工之前進(jìn)行退火處理。大多數(shù)鋼的切削加工性在冷加工后都有所提高，冷加工能使材料變硬而減少積屑瘤的形成。其它合金元素，例如鎳、鉻、鉬和釩，能改善鋼的特性，而通常會鋼減小切削加工性。硼的影響可以忽視。氣態(tài)元素比如氫和氮在鋼的特性方面有特別有害的影響。氧已經(jīng)被證明了在硫化錳夾雜物的縱橫比方面有很強(qiáng)的影響。含氧量越高，縱橫比越低且切削加工性越好。在選擇各種元素以改善切削加工性時，我們應(yīng)該考慮這些元素對已加工零件在使用中的性能和強(qiáng)度的不利影響。例如，當(dāng)溫度升高時，鉛會使鋼變脆（液態(tài)金屬的脆化，熱縮性，見1.4.3節(jié)），盡管其在室溫下對機(jī)械性能沒有影響。由于硫化鐵的構(gòu)成，硫元素能嚴(yán)重的降低鋼的熱加工性，除非有足夠的錳元素來防止這種結(jié)構(gòu)的形成。在室溫下，二次硫化鋼的機(jī)械性能取決于變形的硫化錳夾雜物的定位（各向異性）。二次磷化鋼具有更小的延展性，被單獨(dú)生成來提高切削加工性。2其它不同金屬的切削加工性盡管越軟的材料更易于生成積屑瘤而導(dǎo)致很差的表面光潔度，但鋁通常很容易進(jìn)行切削加工。這需要高的切削速度，高的前角和后角。鑄鋁合金和高含量硅的鍛鋁合金可能具有磨蝕性，它們要求刀具材料硬度更高。在加工鋁材料的工件時尺寸公差控制可能會是一個難題，這是因?yàn)樗哂懈邿崤蛎浵禂?shù)和相對較低的彈性模數(shù)。鈹和鑄鐵相似。由于它更具磨蝕性和毒性，于是它需要在可控環(huán)境下進(jìn)行加工?；诣T鐵通常是可進(jìn)行切削加工的，但也有磨蝕性。鑄件中的游離碳化物降低它們的切削加工性，容易導(dǎo)致刀具破裂或裂口，因此它需要具有強(qiáng)韌性的刀具。在刀具具有足夠硬度的情況下球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵是可加工的。鈷基合金有磨蝕性和高度的加工硬化性。這要求刀具必須鋒利而且具有耐蝕性，并且在加工時進(jìn)給速度要低。鑄銅合金是很容易進(jìn)行切削加工的，與此相反的是鍛銅因?yàn)槿菀桩a(chǎn)生積屑瘤而很難進(jìn)行切削加工。黃銅易進(jìn)行切削加工，特別是在添加了一定量鉛的情況下更容易。而青銅比黃銅更難進(jìn)行切削加工。鎂是很容易加工的，加工后的鎂件具有很好的表面光潔性而且使加工零件的刀具壽命更長。然而，因?yàn)殒V極易氧化而燃燒（這種元素易燃），因此我們應(yīng)該要特別小心的使用它。鉬有很好的延展性和加工硬化性，因此加工后它的表面光潔性很差。所以鋒利的刀具是很很有必要的。鎳基合金具有加工硬化性和磨蝕性，且在高溫下非常堅硬。它的切削加工性和不銹鋼相似。鉭具有非常好的加工硬化性，延展性和柔性。加工后零件的表面光潔性很差且刀具磨損非常大。鈦和鈦的合金導(dǎo)熱系數(shù)很低(的確，是所有金屬中最低的)，因此在加工時會引起明顯的溫度升高和還會產(chǎn)生積屑瘤。它們是很難進(jìn)行切削加工的。鎢易脆，堅硬，且具有磨蝕性，因此盡管它的性能在高溫下能大幅提高，但它的切削加工性仍很低。鋯切削加工性很好。然而，因?yàn)橛斜ê推鸹鸬奈ｋU，鋯在加工時要求切削液冷卻性能非常好。3各種材料的機(jī)加工性石墨具有磨蝕性。它要求刀具硬度高、鋒利和具有一定的耐蝕性。熱塑性塑料通常熱導(dǎo)性都很差且彈性模數(shù)小、軟化溫度低。因此，加工熱塑性塑料時要求刀具具有正前角（以此降低切削力），較大的后角，較小的切削和進(jìn)給深度，相對較高的切削速度和適當(dāng)?shù)墓ぜС?。另外還要求刀具應(yīng)當(dāng)足夠鋒利。切削區(qū)外部的冷卻也是很必要的，這可以防止切屑變的有黏性而粘在刀具上。實(shí)現(xiàn)冷卻通常是利用空氣流，汽霧或水溶性油。在切削加工時，可能會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。為了減小這些應(yīng)力，已加工的部分需要在（）的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行一段時間的退火，然后緩慢而均一地冷卻到室溫。熱固性塑料在切削時易脆，并且對熱梯度很敏感。它的切削加工性能和熱塑性塑料的基本相同。由于有纖維狀切屑的存在，加固塑料具有很強(qiáng)的磨蝕性而且很難進(jìn)行切削加工。切屑的撕裂、拉長和邊界分層是非常嚴(yán)重的幾個問題。它能導(dǎo)致組件的承載能力大大下降。而且，這些材料的切削加工需要對加工碎屑進(jìn)行仔細(xì)清理，從而避免接觸而吸入纖維。隨著納米陶瓷（見8.2.5節(jié)）的發(fā)展和適當(dāng)?shù)膮⒘刻幚淼倪x擇，例如塑性切削（見22.4.2節(jié)），陶瓷器的切削加工性能已大大地提高了。金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料很難進(jìn)行切削加工，它們依賴于獨(dú)立部件的特性，也就是包括基質(zhì)材料在內(nèi)纖維或金屬須的增強(qiáng)。4熱輔助加工有些在室溫下很難進(jìn)行切削加工的金屬和其合金在高溫下卻能更容易地進(jìn)行加工。在熱輔助加工時（高溫切削），熱源一個火源，感應(yīng)線圈，高能束流（例如雷射或電子束），或等離子弧被集中在切削刀具前的一塊區(qū)域內(nèi)。作用是：（a）降低切削力。（b）增加刀具壽命。（c）減少切削刀具材料使用成本。（d）提高材料切除率。（e）減少振動。也許很難在工件內(nèi)加熱