高速干切削技術(shù)在制造技術(shù)中，伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展乓梨，在加工工藝和加工方法上發(fā)展了許多新工藝舞涮、新技術(shù)。如高速切削加工(High Speed Machining浓蜈，HSM未然，或Hish SpeedCutting，HSC)因具有高生產(chǎn)效率芳迅，減少切削力哮昧，提高加工精度和表面質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本且可加工高硬材料等諸多優(yōu)點蕾胶，已在航空仓貌、汽車、模具等制造業(yè)界廣泛應(yīng)用沧源，并取得了顯著的經(jīng)濟效益浴恐。在高速加工中，通常都大量使用切削液波财，發(fā)揮其潤滑总枢、冷卻、排屑作用退疫。但隨著綠色制造渠缕、清潔制造等生產(chǎn)理念的成熟，人們越來越清醒地意識到切削液的大量使用所帶來的負面影響：①零件的生產(chǎn)成本大幅度提高褒繁。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明在零件加工總成本中亦鳞，切削液費用約占16%，而刀具費用只占總成本的4%棒坏。②造成對環(huán)境的嚴重污染燕差，破壞生態(tài)環(huán)境，不利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施坝冕。③直接危害車間工人的身體健康徒探。環(huán)境問題和資源問題是當(dāng)前以至今后人類社會面臨的主要問題，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的目標(biāo)喂窟，使制造企業(yè)取得經(jīng)濟效益與社會效益的協(xié)調(diào)優(yōu)化测暗，研究將高速切削加工和干切削技術(shù)有機結(jié)合起來的高速干切削技術(shù)(Hish Speed Dry cut—ting)，實現(xiàn)綠色制造磨澡，對指導(dǎo)業(yè)界的生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實意義碗啄。 1 高速干切削技術(shù)的內(nèi)涵在所見論述干切削技術(shù)的文獻中质和，干切削技術(shù)通常都是指不使用切削液來進行切削加工的技術(shù)方法，是相對傳統(tǒng)的使用切削液加工(濕加工)方法而言的隅贫。筆者認為這只是狹義上的干切削技術(shù)甸诽，今天更應(yīng)該從廣義上來理解干切削技術(shù)：只要是在加工過程中不使用切削液或是使用微量切削液，加工出的工件和形成的切屑是干燥的做销、“干凈”(清潔)的且能保證加工質(zhì)量的方法就可歸結(jié)為干切削技術(shù)范疇饼贰。如采用最小量潤滑技術(shù)(Minimal Quantity Lubrication，MQL)法加工時各祠，工件和切屑可保持干燥酌尔，過去的文獻稱之為“準干切削”(Near-Dry cutting)，實際上從廣義來說可認為其屬于干切削范疇渺纯。所以高速干切削技術(shù)可表述為：高速干切削技術(shù)是使用高速切削加工方法跺榆，在切削過程中不使用切削液或是使用微量切削液，加工出的工件和形成的切屑是干燥的正蹋、“干凈”(清潔)的高精度重蕉、高效率的先進加工技術(shù)。

　　高速干切削技術(shù)的綠色特性分析對于零件加工過程钧宠，綠色制造的具體功能目標(biāo)可用加工時間(T)男窿、加工質(zhì)量(Q)、生產(chǎn)成本(C)瑟曲、資源消耗(R)饮戳、和環(huán)境影響(E)等”五個方面來描述，所以分析高速干切削技術(shù)的綠色特性也就可以從這幾個方面人手洞拨。高速加工切削速度比常規(guī)高出5～10倍扯罐，單位時間內(nèi)材料切除率增加，切削加工時間減少烦衣，大幅度提高加工效率歹河，降低加工成本；高速加工可以在同一臺機床上花吟，在一次裝夾中完成零件所有的粗加工秸歧、半精加工和精加工，即所謂的“一次過”技術(shù)可大大降低零件加工的綜合成本衅澈。高速切削加工過程中键菱，隨切削速度的提高，切削力降低矾麻，使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的低階固有頻率”纱耻，工作平穩(wěn)震動小善答。能加工出非常精密仁墅、非常光潔的零件刺盏，零件經(jīng)高速車、銑加工的表面質(zhì)量吵宄可達到磨削的水平锡迅，殘留在工件表面的應(yīng)力也很小。由于高速干切削不用切削液或使用微量切削液蒸橡，大幅降低了產(chǎn)品的制造成本单葡，消除了切削液對工人健康的危害和對環(huán)境污染的問題；加工過程中形成的切屑是干燥和干凈的每玛，可方便的回收利用雳梧，節(jié)約了資源，與傳統(tǒng)制造方法的切屑回收利用相比芦赔，回收成本大大降低托逝。從以上分析可以看出，高速干切削屬于一種綠色切削工藝桥膝。 3 實現(xiàn)高速干切削的關(guān)鍵技術(shù)要實現(xiàn)高速干切削技術(shù)萤皂，就要研究用相關(guān)的技術(shù)手段在加工過程中復(fù)現(xiàn)、替代切削液的潤滑匣椰、冷卻裆熙、排屑的功用，以消除因缺少切削液而產(chǎn)生的刀具與工件禽笑、切屑之間摩擦的增加以及由此引起的刀具壽命下降入录、工件加工質(zhì)量變差等問題，從而順利進行干切削加工佳镜，達到或超過濕加工時的加工質(zhì)量纷跛、生產(chǎn)率，并提高刀具耐用度邀杏。這些可以從包括機床贫奠、刀具、工藝等在內(nèi)的幾個方面來實現(xiàn)望蜡。高速干切削的機床技術(shù)實行高速干切削技術(shù)唤崭，從機床技術(shù)角度主要考慮：如何使切削熱迅速散發(fā)；切屑和灰塵的快速排出脖律；采用不同的工藝方法時輔助設(shè)備的安裝等問題谢肾。采用高速機床高速加工能使切削力降低30%左右，90%以上的切削熱由切屑帶走”苹衰，工件可基本保持室溫狀態(tài)芬赢，特別適合加工容易熱變形的工件。并且激振頻率遠高于機床和工藝系統(tǒng)的固有頻率棘爱，加工過程平穩(wěn)眷幢，振動小澎矗，銑削和車削可達到磨削的質(zhì)量水平。高速加工的這些優(yōu)點可彌補干切削的一些不足酒舶，二者的有機結(jié)合可實現(xiàn)高效标晤、優(yōu)質(zhì)、無污染的加工宇赁。這也正是高速干切削技術(shù)使用的初衷蕴轩。機床結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于排屑，機床應(yīng)有吸塵凳嘁、排屑裝置設(shè)計快速排屑結(jié)構(gòu)和輔助排屑設(shè)施搁突。實現(xiàn)快速排屑結(jié)構(gòu)設(shè)計最可靠的方法之一就是改造機床結(jié)構(gòu)，使切屑能利用自身重力自動只磷、快速地排出净响。這種方法只需要在原機床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改造，在機床工作間內(nèi)預(yù)留出一定的排屑空間喳瓣。去除工作間內(nèi)容易滯留切屑的平臺或溝槽馋贤。或直接把原來普通機床的主軸畏陕、刀架改為立式布置也能實現(xiàn)快速排屑配乓，這樣切削時工件就被倒置在工作間里，切屑被切離工件后自然落下惠毁。這種結(jié)構(gòu)上的改造不但能可靠地實現(xiàn)快速排屑犹芹，而且?guī)缀鯖]有增加機床的造價，因此得到了廣泛鞠绰、迅速的應(yīng)用腰埂。干切削會比傳統(tǒng)切削產(chǎn)生更多的灰塵和細小切屑，這些灰塵和細小切屑一旦進人機床運動副會加劇機床部件的磨損蜈膨，若進入機床電氣控制線路屿笼，則可能造成短路。所以機床應(yīng)對主軸强剥、導(dǎo)軌等精密運動部件密封担擦，必要時設(shè)計真空、吹氣或虹吸裝置來排塵及輔助排屑拟晋，以保證切削過程順暢雕残。機床設(shè)計應(yīng)遵循模塊化設(shè)計原則由于加工方法和工件特性的差異，進行干切削加工時可能需要用到不同的輔助設(shè)備蛇狐，如MQL技術(shù)中的噴油潤滑裝置榛湖、激光輔助加工中的激光輔助裝置等。所以機床結(jié)構(gòu)應(yīng)實行模塊化設(shè)計腿宛，將各種輔助裝置與機床主體之間的接口標(biāo)準化巫邻，使機床能方便地實現(xiàn)不同的工件與切削方法的組合猫荤。高速干切削的刀具技術(shù)由于不使用切削液，干切削的切削區(qū)沒有了切削液冷卻住卿、潤滑，干切削時的切削溫度比普通濕切削時的切削溫度要高很多楞便，刀具與切屑間的摩擦增大矫迹，加劇了刀具的磨損。刀具能否承受干切削時巨大的熱能呈野，是實現(xiàn)干切削的關(guān)鍵低矮。只有采用高熱剛度、高硬度被冒、高沖擊韌性的刀具材料军掂，結(jié)合涂層技術(shù)以及對刀具參數(shù)和切削用量進行優(yōu)化，才能夠可靠的實現(xiàn)高速干切削昨悼。采用性能優(yōu)越的刀具材料干切削不僅要求刀具材料具有極高的紅硬性和熱韌性蝗锥，而且還必須有良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘結(jié)性”率触。超細顆粒硬質(zhì)合金终议、金屬陶瓷(Cermet)、陶瓷(Al2O3葱蝗，Si3N4)穴张、立方氮化硼(CBN)、聚晶金剛石(PCD)等都具有較高的紅硬性和耐磨性两曼，是目前應(yīng)用最為普及的幾種干切削刀具材料皂甘，在選用這些刀具材料時應(yīng)和加工材料的性質(zhì)、加工方法結(jié)合起來綜合考慮瞳胸。超細顆粒硬質(zhì)合金特別能承受較高溫度的切削哪峰，具有較高的強度和沖擊韌度，適用于制作干切削用的鉆頭和銑刀节拷。金屬陶瓷的硬度和沖擊性好招蓝，但熱硬性差，大多用于精加工和半精加工痒弃。陶瓷具有硬度高翅拜、化學(xué)穩(wěn)定性和抗粘結(jié)性好、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點仆扰，是相對廉價的干切削刀具材料瘫啦，但其強度、韌性和抗沖擊性能差祟放，適用于灰鑄鐵和鋼的高速干切削澳踱。CBN的硬度和耐磨性僅次于金剛石伤主，有優(yōu)良的紅硬性、化學(xué)穩(wěn)定性和低摩擦系數(shù)癣彩，是高速干切削HRC50以上淬硬鋼和冷硬鑄鐵等黑色金屬的理想刀具材料玫氢。PCD刀具有很高的硬度和熱導(dǎo)率，適合高速干切削有色金屬合金(如銅合金谜诫，鋁合金以及鈦合金)以及纖維增強塑料等復(fù)合材料漾峡，但不能加工黑色金屬。上述材料又大都有脆性比較大的缺點喻旷，但是干切削相對于傳統(tǒng)濕切削而言生逸，消除了因為切削液使用不連續(xù)或冷卻不均造成的熱沖擊，因此對使用這些脆性較大的超硬刀具材料更為有利且预。采用涂層技術(shù)對刀具進行涂層處理槽袄，是提高刀具性能的重要途徑，涂層刀具是當(dāng)今高速干切削最常用的刀具锋谐。涂層有兩大作用可以在切削過程中取代切削液”：①提供低摩擦層遍尺，取代切削液的潤滑作用；②提供低導(dǎo)熱率層抵抗切削熱向刀具傳播涮拗，取代切削液冷卻刀具的作用狮鸭。涂層刀具可分為“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具。涂層刀具的基體一般是韌性較好的硬質(zhì)合金多搀，“硬”涂層刀具是在基體上涂上一層或多層TiC歧蕉、TiN、TiAlN和Al2O3之類的耐磨硬涂層虾驰，起耐熱和隔熱的熱屏障作用吼季，這類刀具表面硬度高，耐磨性好伊了。其中TiC涂層刀具抗后刀面磨損的能力特別強误反，而TiN涂層刀具則有較高的抗“月牙洼”磨損能力。另一類是“軟”涂層刀具栅刚，也稱為“自潤滑刀具”奠钾，如MoS：、WS等涂層刀具慈哗。這類刀具與工件材料的摩擦系數(shù)很低浮两，只有0.01左右，能減少切削力和降低切削溫度筋悴。在高速干切削中常常采用多層復(fù)合涂層刀具俩食。把硬涂層和軟涂層結(jié)合在一起，即在一道涂覆工序中采用兩種物理氣相沉積(PVD)工藝先產(chǎn)生硬涂層TiAlN，然后再在其上面采用濺射法產(chǎn)生WC/C軟涂層菊碟，可以有效提高刀具使用壽命节芥。目前新涂層技術(shù)得到了長足的發(fā)展，如高硬度逆害、高熱穩(wěn)定性的金剛石薄膜涂層头镊，以及由多種涂層材料不同組合構(gòu)成的納米級涂層和為被加工材料量身定做的專用涂層等。相比較而言魄幕，納米級涂層和專用涂層可以通過合理設(shè)計使刀具的硬度和韌性顯著增加相艇，使其具有優(yōu)異的抗磨損及自潤滑性能，更加適合用于各種材料的干切削梅垄。優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)和切削用量設(shè)計的刀具結(jié)構(gòu)應(yīng)耐磨損厂捞、耐沖擊输玷。干切削過程中刀具與切屑接觸區(qū)域的溫度升高队丝，容易導(dǎo)致干切削刀具的月牙洼磨損失效。因此通常干切削刀具具有大的前角和刃傾角欲鹏，以減少切屑與前刀面的接觸面積机久，使切屑帶走大量熱量。干切削的高硬刀具材料一般都有較大的脆性赔嚎，前角增大后刀刃強度又會降低犯绪，此時應(yīng)配合以適宜的T型刃帶、強化刃口以加強刀刃強度珠技，采用適宜的負倒棱或前刀面加強單元來加強支承骑失、分散壓力。刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)滿足于切削對斷屑和排屑的要求嘲本。特別是對韌性材料的加工來說．?dāng)嘈挤浅ｊP(guān)鍵荞扒。目前車刀三維曲面斷屑槽的設(shè)計、制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟灌饵，可針對不同的工件材料和切削用量窟蝌，很快設(shè)計出相應(yīng)的斷屑槽結(jié)構(gòu)與尺寸，大大提高切屑折斷能力和對切屑流動方向的控制能力粹龄。在封閉空間進行干切削(如干鉆削锉潜、干鉸削、干攻鰾紋等)時插驾，應(yīng)增大刀具的容屑槽空間和背錐的錐度摹色。由于高速切削加工具有切削力小、散熱快篇裁、加工過程穩(wěn)定性好等優(yōu)點箕慧，因此在干切削的切削用量選擇中，允許采用較大的切削用量。高速干切削的工藝技術(shù)干切削和高速切削技術(shù)一樣還不是一項通用技術(shù)颠焦，高速干切削技術(shù)的應(yīng)用受工藝條件斩熊、工件材料和加工類型影響，有些加工適宜采用干式切削伐庭，有些則不宜粉渠，在制定工藝時應(yīng)作具體分析。高速干切削的工藝技術(shù)還在發(fā)展中圾另，目前已有一些成熟的加工工藝方法霸株。高速干切削中的一個成熟工藝技術(shù)是加工鑄鐵的“紅月牙”(Red Crescent)技術(shù)。這種方法是利用陶瓷或CBN刀具進行高速加工集乔，聚集在刀具前端的熱量使工件達到赤熱狀態(tài)去件，降低了工件的屈服強度，達到增大切前速度和進給速度的要求扰路，從而大大提高了切削效率尤溜。高速干切削中的另一個成熟工藝技術(shù)是MQL方法。這種方法是將壓縮的空氣與少量的潤滑液混合氣化后聘银，噴射烈加工區(qū)篇惧，對刀具和工件之聞的加工部位進行有效的潤滑。MQL技術(shù)可以大大減少“刀具——工件”和“刀具——切屑”之間的摩擦替独，起到抑制溫升蔫婉、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用衬蚤，使用的潤滑渡很少孕赫，效果卻十分明顯。MQL使用的潤滑液是對人健康無害的植物油或脂油砌纸，其用量極少玉惫，一般為0．03～0.2L/h，而1臺典型的加工中心在進行濕切削時盔却，切削液的用量高達20～100L/min丸臀，為MQL潤滑油用量的6萬倍左右”。MQL潤滑的干切削效果相當(dāng)好〗苯酰現(xiàn)已十分流行吉恍，采用MQL用于高合金鋼、鈦合金鋼這些難加工材料的高速銑削加工和鋁合金的高速加工都可取得很好的加工效果景殷。液氮冷卻干切削和激光輔助干切削的工藝技術(shù)也在高速切削中得到應(yīng)用溅呢。液氮冷卻技術(shù)的機理是采用液態(tài)氮冷卻刀具的切削部位，吸收切削時的發(fā)熱量猿挚，始終保持刀具在干切削下的優(yōu)良切削性能咐旧，其已在生產(chǎn)實踐中用于難加工材料鈦合金TC4的加工。而激光輔助干切削的工藝技術(shù)是用改善工件材料被切削部位的物理力學(xué)性能，減少加工時的切削阻力來實現(xiàn)干切削的铣墨。如在對氮化硅(Si3N4)工件進行硬車削(Hard Turning)時室埋，采用激光束對工件切削區(qū)進行預(yù)熱，使工件材料局部軟化伊约，可減少30%～70%的切削阻力姚淆，改善了材料的可加工性，刀具磨損可降低80%”左右屡律，干切削過程中的振動也大為減少腌逢，大大提高了材料的切除率，使干切削得以順利進行超埋。 4 結(jié)束語高速干切削加工從根本上解決了切削液帶來的弊端缓冷，是對傳統(tǒng)的濕加工生產(chǎn)方式的一種批判和挑戰(zhàn)，是一種綠色加工技術(shù)淑免，是面向21世紀的前沿制造技術(shù)即倦。干切削技術(shù)與高速切削技術(shù)的有機結(jié)合，將獲得生產(chǎn)率高优麻、加工質(zhì)量好和無環(huán)境污染等多重利益凶健。高速于切削加工技術(shù)要得以全面應(yīng)用還有許多技術(shù)需要攻關(guān)治队，需要大家長期的努力胯绢。

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