干式加工——未来金属切削加工发展趋势之一

T —·-_—● T 攘 杰 未来金属切削加l 干式加工是未来金属切削加工发 展趋势之一。近年来，特别是工业发达 国家，非常重视干式切削，为了贯彻环 境保护政策，更是大力研究、开发和实 施这种新型加工方法。切削液在加工中 对降低切削温度起了很好的作用，也有 利于断屑和排屑，但同时也存在一些问 题，冷却液的使用、存储、保洁和处理等 都十分繁琐，且成本很高。 切削液对环境和操作者身体健康 的危害一直受到使用限制。切削液的处 理是不经济的，引起了费用增加，这些 费用常常被低估，因为它们包含在间接 费用之中。据美国企业的统计，在集中 冷却加工系统中，切削液占总成本的 14％'-16％，刀具成本只占2％~4％。据测算， 如果 20％的切削加工采用干式加工，总 的制造成本可降低1．6％。因此，未来加 工的方向是采用尽量少的切削液，耐高 温切削和涂层使得干加工在机械 制造领域变为可能。 1．干式加工刀具 刀具设计时总是考虑几何形状、 刀具材料和涂层之间的相互兼顾，不可 能只通过选择合适的刀具材料来用于 干加工；或者只用涂层方法使传统的刀 具变成干加工刀具。 传统切削加工 时，各种N-r方式对刀具设计提出不同 要求。干加工刀具必须具备下列条件： 耐热性、耐磨性的刀具材料，切屑和刀 具之间的摩擦系数要尽可能小，刀具形 状保证排屑流畅，易于散热，高的强度 和冲击韧性。 因此，干式加工刀具设计必须考虑 如下 3个方面： (1)几何形状。热效应是干加工的 基本问题。刀具设计时要考虑使得刚开 始加工产生热的可能性要小，因此必须 24机电信息 2003年第7期总第 43期 切削力小，摩擦小。深孔加工刀具附加 问题是很难将切屑排出，因此刀具设计 必须保证有好的切屑排出效应。在很小 的加工力情况下，设计原则为，大前角 和大圆度切削角。 (2)刀具材料。干加工时切削材料 最重要的是耐高温性。如果必须用大的 前角的话，高硬度也是必须的。目前适 用于干式加工的刀具材料有超细颗粒 硬质合金、CBN、PCD、陶瓷和金属陶瓷 等。 (3)涂层。现今，切削加工可以不 采用切削液的原因之一是涂层，它通过 抑制从切削区到刀片的热传导来降低 温度冲击。因此刀具材料可通过涂层处 理，实现 “固体润滑 “来减少摩擦和粘 接，刀具吸收的热量较少，能承受较高 的切削温度，涂层在干式加工中有几种 功能：将刀具和切削材料隔离，减少摩 擦、隔热。 干加工刀具通常总是涂层，在刀具 性能方面起着重要作用。TiAIN涂层有 很好耐热性能和高温性能，它与TiN， TiCN相比，由于添加了AI，从而使刀具 的抗氧化性能得到极大改善，非常适用 于高速加工和干加工。它的性能在高温 连续切削时，优于TiC约四倍。 2．干式加工的冷却和涓滑 干式加工时如果采用喷雾进行冷 却，那么采用切削液加工时的负面影响 此时就没有了。也就是意味着，刀具和 工件不用长时间冷却，切屑和刀具之间 的分离时间较短，而排屑显得比较困 难。解决这些不利因素的方法，可以通 过上面所说的刀具设计和涂层技术来 补救。尽管能有所改善，但有时还是不 够的，还须增加使用冷却和润滑。干式 加工中加入冷却或润滑也称为准干式 加工。实际应用的情况有：压缩空气或 冷风进行冷却，车削采用一20~C冷风：磨 削冷却方式用一30~C冷风及少量润滑 油；喷雾润滑，用于钻削。 3．干式加工酋应甩 干式加工意味着可以在钻削、车削 和镗削过程中不用切削液。这可以大大 节约成本和保护环境。目前，欧洲和日 本非常重视干式加工的研究，一般来 讲，减少切削液的使用可以节省 10％到 15％的加工成本。欧洲的工业界已经逐 渐意识到了干式加工的优势，在大批量 生产中，约有 10％到15％的加工已经采 用了干式NT。 (1)钻削。(1)钻头。为了能进行干 式加工，只采用热稳定性好的材料和优 化的刀具几何形状是不能达到目的的。 还需要隔热好的硬涂层，TiAIN与TiN 或TiCN相比较而言，是最好的隔热涂 层。钻头的材料一般采用细颗粒硬质合 金，在一些小直径情况下，可用HSS-C0。 ②深孔钻。 (2)铣削。(1)超细颗粒硬质合金。 一 般为了实现干式加工，主要在涂层方 面进行开发研究。Sandvik公司已经为 干式加工专门设计了多种刀片，其中典 型的是带有较厚氧化铝涂层的刀片。② 陶瓷、CBN、PCD。 (3)镗削。在缸体的缸孔粗加工 中，为了提高加工效率，采用氮化硅陶 瓷刀片进行干加工。 维普资讯 http://www.cqvip.com