上海宝山钢铁集团引进的无缝钢管连轧系统是具有国际水平的高生产率加工设备,该设备年轧钢管250万吨,产值约16亿元。无缝钢管连轧系统对各设备的生产节拍有严格的要求,要求具有很高的生产率。在无缝钢管连轧线上超高速铣削加工无缝钢管的实践中,其铣削速度为116~140m/s(或8482m/min),每分进给速度约为6m/min。所采用的刀具材料为65Mn淬火钢,工件的材料有10、20、35、45等碳钢和16Mn、20Cr、27SiMn、35CrMn、0.9MnV、12CrMo、15CrMo等低合金钢。显然,这与传统切削理论对刀具材料的性能要求有很大的差别,但在生产实际中,使用这种刀具材料实现了超高速铣削,而且65Mn淬火钢的刀具还有相当的寿命(12~18小时)。本文针对这种非常规超高速铣削加工过程的切削现象和效果,研究了超高速切削加工过程中的一系列问题,分析了这种非常规超高速铣削加工的切削过程,以此来说明这种非常规超高速铣削加工机理和提高加工质量的措施。本文首先研究了超高速铣削加工无缝钢管的切削模型,在所讨论的超高速切削条件下,考虑其特殊性,建立超高速铣削的切削方程式;并对超高速铣削加工无缝钢管切削条件下切削温度特性进行研究,以得到切削温度场分布。为建立这种非常规超高速铣削加工的机理模型打下理论基础。显然,这种非常规超高速铣削加工时的材料去除效应与普通的切削加工有不同之处,为此,本文通过对超高速铣削加工的切屑形态和刀具的分析,分析了在超高速铣削加工过程中所存在的以下四种效应:工件材料受热叠积效应、工件材料受热软化效应、切削区温度趋同性效应和刀具受热随散效应。讨论了在上述超高速切削条件下,利用切削过程的剪切变形和摩擦作用,提高工件切削区的温度,使工件的硬度和强度显著下降;同时,设法保持刀具的温度在300℃以下,使硬度保持不变,从而使刀具硬度和工件硬度比大大增加,实现超高速铣削加工的机理和特点。刀具的磨损和破损是切削加工研究的重点。因此,通过刀具磨损和破损现象以及金相分析,本文对所讨论的超高速切削条件下刀具的破坏形式和机理进行了详细的分析,尤其是切削过程中机械应力和热应力的作用方式和结果,讨论了后刀面的快速磨损和刀齿的疲劳断裂破坏等问题。在上述分析研究的基础上,本文讨论了超高速切削条件下影响超高速铣削加工的主要因素,重点分析了进给速度、刀具角度和刀具形状的影响,对各影响因素进行了优化计算,并结合试验进行了分析说明。