干切削加工的原理,特点及应用
鲧 /。 。干 / 液/
· 技术综述 ·
合肥工业大学 刘志峰
i、 摘要 论述了干切削加工的特点、实施可能性.
关键词:清洁生产 切削加工 切削液 环境保护
切削过程的研究表明:切削液传统的冷却、润
滑、排屑等作用在加工过程中得不到充分有效的发
挥 困此.人们试图不用或少用切削液来改变这种
状况.以适应清洁生产工艺及减小生产成本的要
求 干切削加工技术正是这样的一种方收.它可较
好地解决生态环境、技术与经济之间的协调与持续
发展 ’
1 千切削及实施可能性
1.1 干切削及其特点 ...
鲧 /。 。干 / 液/
· 技术综述 ·
合肥工业大学 刘志峰
i、 摘要 论述了干切削加工的特点、实施可能性.
关键词:清洁生产 切削加工 切削液 环境保护
切削过程的研究
明:切削液传统的冷却、润
滑、排屑等作用在加工过程中得不到充分有效的发
挥 困此.人们试图不用或少用切削液来改变这种
状况.以适应清洁生产工艺及减小生产成本的要
求 干切削加工技术正是这样的一种方收.它可较
好地解决生态环境、技术与经济之间的协调与持续
发展 ’
1 千切削及实施可能性
1.1 干切削及其特点
干切削就是在加工垃程中不用任何切削液的工
艺
.它是相对于采用切削液的传统湿式加工而
言 是珂=境污染源头控翩的清洁制造工艺.由于不
jH切削蔽.因而干切削可以完全消除切削液带来的
一 系列负面效应.它具有以下特点:
(1)形成的切屑干净、清洁、无污染、易于回收
和处理:
(2)省去了与切削液有关的传输、回收、过滤等
有关装拦及费用.简化了生产系统、节约了生产成
本 :
(3)省去了与切屑及切削梭处理有关的费用:
(4)不污染环± .也不发生与切削液有关的安全
及质量事故
由于具有这些特点、干切削巳成为日前清洁制
造工艺研究的热点之一、并在车、铣,钻.铰.镗
削等加工中得到了成功应用
I.2 干切削加I的实施可能性
干切削虽然具有上述诸多优点.但由于没有切
削液.其冷却,润滑及捧捐作用就会丧失、扫措0加
工中的热量就会增加.从而导致过高的切削温度.
使排屑不畅.刀具寿命变短,降低了生产效率.并
使加工表面质量变差、如何克服这些不利因紊.使
干切削具有湿式切削的同样效果.就成为干切削成
- 44 .
弋 。{。
并列举了国外的研究曩应用实例.
功应用的关键所在 而切削技术、刀具材料及刀具
技术的发展.使干切削的实施成为可能.
(1)刀具材料的发展可使刀具 (片)承受更高的
切削温度.因而减步 对冷却的要求
切削加工中切削热的产生是不可避免的.通常
女隈 加玲却液冷却、然而采用新型刀具材料 (新型
硬质台金、陶瓷、涂层刀具材料等)及选择合理的
进给量和切削速度、既可承受切削过程中的高温.
进行高速切削.又可使产生的大部分热量传给切
屑.即可进行千切削加工. ’
开j蜷 台干切削的刀
键 干切削刀具材料要有优良的热硬度.常用的有
特殊硬质合金、涂层材料及某些陶瓷刀具材料.如
用于干铰削的饺刀要求有锋利的刀刃.以保证加工
精度及表面粗糙度要求.选用超细晶粒硬质合金
(如DK4600F:含Co;8~ l0%:晶粒尺寸0.3 J‘仳
韧性比晶粒R寸为2.5 m韵普通硬质台金高6o~
70%).可满足锋利性要求.但由于月牙洼瞎揖.刀具
寿 h裉短;而采用金属陶瓷饺刀.赠可{菏足加工质
量要求.刀具又有较长的寿命.司l剜粥 满意的干铰
削 此外.用HSS钻头加工铸铁、刀具寿命和生产
效率均受限制、而对HSS刀目进行TIAIN涂层和
AI2O】涂层相结合的组合涂层、则用于谇铁干钻削、
性能比HSS钻优越的多.
Il鲁了刀具材料外.还必须选用合理的切削参
数 表 l为干钻削 (DRY),准干钻削 (Near·
一 Dry)和高速钻削的切削用量选用表
在某些应用场合、利用撒冷的气体及飙 喷雾
器也可降低切削温度.
(2)涂层技术的发展可j瞻小刀具一工件表面之间
的摩擦.减小了切削力.降低了对切削渡润滑作用
的依赖.
《机械工程女鼢 I9卵.2
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的摩擦.减小了切削力.降低了对切削渡润滑作用
的依菊!.
目前.所J{j刀具中的40%是涂层刀具.而且这
种趋势还在不断增长 为了优化各种加工方法.新
{泉层也在不断地出现 1995年.德国Guhring公司
介缁了两种椽层.它们可减小钻削.铰削 攻丝及
铣削加工中的摩擦 这些涂层有些像特氟隆
(’teflon);与刀具基体表面粘结性能优良.且形成
的涂屡表面光滑.摩擦系数小 其中第—种涂层是
基千二硫他锻 (MoS .被称为MOVIC的软潦屉.
存q%的硅铝台金工件上攻丝时.非涂层丝维 (基
体为含钴 10%的超细晶粒硬质合盆)加工了20个
表 1
孔.TiAIN涂层墼眭i丁加工1000个孔.而MOVIC
捺层丝锥可加工 40O0个
的钻头.软的润滑性良好的路层涂覆在捧屑部位
而要求有—定硬度的
萁中:切削材料为TiAIN济屡硬质台金
因此.涂层可以
代替切削渡的润滑稍:
坩.减小了对切削 一
的依赖.还可降低}J】
削力.如图2所示为 |}
加工76%的镍基合金
n}.HS$刀具与TjN
@址 Fi-MN q J MOVmC~
关键的技术。
涂层HSS的进给力lt 硎毫 r 椰、
较 可以看出.在各 国2 涂层对刀具 蜩肛响
}f『l鸯况下涂层刀具的进给力都较小。新型'8螽层,如
金剐石 (未来的CBN)也可减 小刀具/工件界面的
l攀擦。由此可见 涂层技术是干切削成功应用的最
机械工程师 1997.2
(3)台瑚加工方式醍刀具设计及制造能力的提高
使切屑捧出容易.减小了依籁切剡液捧埔舶作用
研究表明:切例液的j闼 _怍用只有10%.其余主
要作用是排屑 因此.湿式加工中椿屑主要由切削
液来完成.而干切削由于泼在坷削液.律屑就成为
— 个主要问
。但随着加工技术的发展.采甩合理
的加工方式及刀具设计f制造能力的据高.排屑问
题也得到了遥步解决 以下是凡 成功用于干切削
的排屑方法:
a.借助重力排屑 通常钻削都是从上往下进
行.切屑从孔中『句上捧出.但如果倒过来.将工件
45·
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隹装在主轴下部.从下向上钻削.!i!ll将产生完全不
f 被垠:在重力的作用下.切屑就会顺利从孔中
排出 世_厄需用一定压力的切削液来辅鼬排屑 这
一 思想已在簧国某刹车制造厂的一条自动线的柔性
.rjr[I执 床上得以实现
此外.叮将工件倾斜45‘安装.机床主轴也相
应倾斜45 .从下往上钻削.此时不能实现完全于钻
削.I旦需要切削液的量可达最少.萁处理费用也比
lⅫ钻削少僻多.这种方式可称为准干钻削 【Neorr
— Dry Drilling)
b.制胤虹吸现象将切屑从孔中吸出.虹吸是利
j¨十垛的 t吸出切』}j.也无;静}刀削液
c利用 窀或喷气系统也 臌 善排屑条件.实
现十切削加工
d.由于先进搁遗 备的使片|. 复杂刀具的设计
厦删遗能 有了根大改善.复杂的刀具几何结构呵
以解封糊空问的排崩同越.同时还可降低切削力
2 千切削加工技术的应用
2.I 铸轶的干切削
讳铁加工通常都不用切削液.是最典型干切削
加工方式.铸铁千切削目前的研究主题是如何提高
加工靛率.费国LeBLond Makmo公司研究开发的
红JH牙 【Red Crescent)铸铁干切削技术就是
刺朋陶瓷或 CBN刀具进行高速加工 由于切削速
艘和进给量很高.产生的热世很快聚集在刀具前
端.使遗一部分材料达到红热状态.其屈服强度下
降.町大大提高切削效率 通常.铸铁的金属切除
率 t车削)为 16 cnl /mira而采用红月牙千切削加
工Ⅱr使其提高到 149cm /rain,
2.2 拓的干切削
铝材构应用量在不断增加.特别是在汽车行业
更是如此 铝的高教干切削加工就成为必须解央的
同题 关国 Turchan公司研制了—种用于开口零件
-'lq~/铣削的机床.讳配有获得专利的真空系坑.捧
鸠非常流畅 Big Three公司安装了八台高速
(15000rpm)金刚石干切削加工系统.用以加工变
速箱上的铝通道盘.加工精度为O.05 1111111.每小时
加工600件.与以前采用的磨削加工方法相比每年
可节约经费进 3百万美元
金刚石刀具是有色金属干切削成功应用的关
键 美围QQC公司开发了一种可使金刚石与基体
. 46 . ’
材料之问得到真正冶金结台的扩散工艺.其优点j吉
导热系数大.热扩散快 与铝不亲合.且町对成地
刀具进行涂覆,
2.3 罐的干切削
镁是金属中最难加工的材料之一.其具有易燃
性.与切削液中的水反应会形成氢化镁.井输放出
危险的置气.造成切削液中的水硬化。而且镁一旦
受潮就成为污染物.因此镁必须采用干切削加工技
术.美国的Cargill petroit公司正在研究镁的干切
削工艺
2.4 其它材料干切削 !
黄国冉匀LeBLond发明了一种专利工艺 利蹦奎
种工艺在切削速度高达30~m/min时.可用硬质台
金刀具对淬碰钢 【HRC>50)及钕台金进行干车削
加工 加工巾产生的热量可由高压.通过主轴的气
体冷却.可将切削温度降至最低.每转中可将刀具
与工件的接触限制在25%。
3 准干切削 。
干切削的应用范围目前还比较有限.而完全的
湿式加工又有渚多不足.若将两者相互结合.即可
满足加工要求.又可使与切削液有关的费用降至最
低.将这种舟于湿式切削与干切削之闾的加工技术
称为准干切削技术.由于它使用的切削液量为疑
少.因而切削液供给系坑简单,体积小.容易布
局 如美匡Thyessn公司将设计的最小润滑系统集
成在主轴电机中.其流量由CNC程序控制.该单
元在6.5秒时间内可钻削 10个8mrn,中心距为
20 1111111的孔.其每小时仅用—杯润滑液.且大部分
被蒸芨.切屑中切削液含量大大减小.回收处理费
甩大蝠度下降.准干切例研究的主题是展少的切削
液为多少t目前采用的研究矗法是钻削,镗削试验 ..
研究.受控变量为切削液类型,浓度.工件材料.
刀具类型及H.何参数、切削参数:控制目标者表面
粗糙度,刀具积屑瘤和切削力的大小。
4 结语
干切削加工技术可从根本上解决切削液带来的
不利因素.是—种很有前途的工艺方法 由于它与
诸多技术有关.若要广泛地用于生产.遂有符于进
一 步地研究
【踌辑 毛丽青)
机械工程师 1997.2
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