在切削加工中大量使用切削液進(jìn)行冷卻商虐、潤(rùn)滑鲸嫁，不但進(jìn)步了加工本錢马榆，也帶來(lái)了環(huán)境污染帜蘑，消除這些題目的公道措施是采用高速干切削方式清玉。提出了干切削技術(shù)的新內(nèi)涵，分析了實(shí)現(xiàn)高速干切削的機(jī)床技術(shù)豫阻、刀具技術(shù)和工藝技術(shù)稠还。通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了綠色制造，保證了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最優(yōu)化苍糠。

　　前言

　　高速切削加工因具有增進(jìn)生產(chǎn)效率叁丧、減少切削力、進(jìn)步加工精度和表面質(zhì)量岳瞭、降低生產(chǎn)本錢拥娄，且可加工高硬材料等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在航空瞳筏、汽車稚瘾、模具等制造業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益姚炕。在高速加工中摊欠，通常都大量使用切削液，以發(fā)揮其潤(rùn)滑柱宦、冷卻些椒、排屑作用。但隨著綠色制造掸刊、清潔制造等生產(chǎn)理念的成熟免糕，人們?cè)絹?lái)越清醒地意識(shí)到大量使用切削液所帶來(lái)的負(fù)面影響：①零件的生產(chǎn)本錢大幅度進(jìn)步。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明忧侧，在零件加工總本錢中堵沈，切削液用度約占16%，而刀具用度只占總本錢的4%据篇。②造成對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染便晶，破壞生態(tài)環(huán)境码果，不利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。③直接危害車間工人的身體健康润跟。

　　為進(jìn)步產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力粘伊，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的同一，本研究探討將高速切削加工和干切削技術(shù)有機(jī)結(jié)合的高速干切削技術(shù)约粒，對(duì)于實(shí)現(xiàn)綠色制造及指導(dǎo)業(yè)界的生產(chǎn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義束敦。

　　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(xiàn)中侨直，干切削技術(shù)通常都是指不使用切削液來(lái)進(jìn)行切削加工的技術(shù)方法，是相對(duì)于傳統(tǒng)的使用切削液加工(濕加工)方法而言的匾瓣。筆者以為這只是狹義上的干切削技術(shù)靠婴，今天更應(yīng)該從廣義上來(lái)理解干切削技術(shù)：只要是在加工過程中不使用切削液或很少使用切削液，加工出的工件和形成的切屑是干燥的袱耽、“干凈”(清潔)的且能保證加工質(zhì)量的方法就應(yīng)回人干切削技術(shù)范疇杀餐。如采用最小量潤(rùn)滑技術(shù)(MinimalQuantityLubrication)法加工時(shí)，工件和切屑可保持干燥朱巨，過往稱之為“準(zhǔn)干切削”(Near-Drycutting)史翘，實(shí)際上從廣義來(lái)說(shuō)，可以為其屬于干切削范疇冀续。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琼讽，在切削過程中不使用切削液或使用微量切削液，加工出的工件和形成的切屑是干燥的洪唐、“干凈”(清潔)的高精度钻蹬、高效率的先進(jìn)加工技術(shù)。

　　2高速干切削技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

　　要實(shí)現(xiàn)高速干切削技術(shù)凭需，就要研究用相關(guān)的技術(shù)手段在加工過程中復(fù)現(xiàn)问欠、替換切削液的潤(rùn)滑、冷卻粒蜈、排屑的功用顺献，以消除因缺少切削液而產(chǎn)生的刀具與工件、切屑之間摩擦的增加薪伏，以及由此引起的刀具壽命下降墅瑟、工件加工質(zhì)量變差等題目，從而順利進(jìn)行干切削加工疯蓄，達(dá)到或超過濕加工時(shí)的生產(chǎn)率枪素，并進(jìn)步加工質(zhì)量、刀具耐用度猩镰。這些可以從包括機(jī)床芹倔、刀具演避、工藝等在內(nèi)的幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2.1高速干切削的機(jī)床技術(shù)

　　從機(jī)床技術(shù)角度出發(fā)實(shí)現(xiàn)高速干切削技術(shù)威脯，主要考慮的題目是：①切削熱迅速散發(fā)偶咸；②切屑和灰塵的快速排出；③采用不同的工藝方法時(shí)輔助設(shè)備的安裝等跨略。

　　2.1.1采用高速機(jī)床

　　高速加工能使切削力降低30%左右殊泼，90%以上的切削熱由切屑帶走，工件可基本保持室溫狀態(tài)烁犀，特別適合加工后輕易熱變形的工件码日。并且激振頻率遠(yuǎn)高于機(jī)床和工藝系統(tǒng)的固有頻率，加工過程平穩(wěn)视搏，振動(dòng)小审孽，銑削和車削可達(dá)到磨削的質(zhì)量水平。高速加工的這些優(yōu)點(diǎn)可彌補(bǔ)干切削的一些不足浑娜，二者的有機(jī)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)高效佑力、優(yōu)質(zhì)、無(wú)污染的加工筋遭。這也正是使用高速干切削技術(shù)的初衷打颤。

　　2.1.2機(jī)床結(jié)構(gòu)排屑裝置設(shè)計(jì)

　　實(shí)現(xiàn)快速排屑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最可靠的方法之一就是改造機(jī)床結(jié)構(gòu)，使切屑能利用自身重力自動(dòng)宛畦、快速地排出瘸洛。這種方法只需要在原機(jī)床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，在機(jī)床工作間內(nèi)預(yù)留出一定的排屑空間次和，往除工作間內(nèi)輕易滯留切屑的平臺(tái)或溝槽反肋。或者直接把原來(lái)普通機(jī)床的主軸踏施、刀架改為立式布置石蔗，也能實(shí)現(xiàn)快速排屑，這樣工件在切削時(shí)就被顛倒在工作間里徒锄，切屑被切離工件后自然落下轮拼。這種結(jié)構(gòu)上的改造不但能可靠地實(shí)現(xiàn)快速排屑，而且?guī)缀醪辉黾訖C(jī)床的造價(jià)安芋，因此得到了廣泛才延、迅速的應(yīng)用。

　　干切削會(huì)比傳統(tǒng)切削產(chǎn)生更多的灰塵和細(xì)小切屑售芳，這些灰塵和細(xì)小切屑一旦進(jìn)人機(jī)床運(yùn)動(dòng)副陈园，會(huì)加劇機(jī)床部件的磨損，若進(jìn)人機(jī)床電氣控制線路，則可能造成短路湘志。所以應(yīng)對(duì)機(jī)床主軸备秋、導(dǎo)軌等精密運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行密封，必要時(shí)設(shè)計(jì)真空羽抒、吹氣或虹吸裝置來(lái)排塵及輔助排屑聂祈，以保證切削過程的順暢。

　　2.1.3遵循模塊化設(shè)計(jì)原則

　　由于加工方法和工件特性的差異蝶锋，進(jìn)行干切削加工時(shí)可能需要用到不同的輔助設(shè)備(如MQL技術(shù)中的噴油潤(rùn)滑裝置陆爽、激光輔助加工中的激光輔助裝置等)。所以機(jī)床結(jié)構(gòu)應(yīng)實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)扳缕，將各種輔助裝置與機(jī)床主體之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化墓陈，使機(jī)床能方便地實(shí)現(xiàn)不同的工件與切削方法的組合。

　　2.2高速干切削的刀具技術(shù)

　　由于不使用切削液第献，干切削的切削區(qū)失往了切削液冷卻、潤(rùn)滑兔港，干切削時(shí)的切削溫度比普通濕切削時(shí)的切削溫度要高很多庸毫，刀具與切屑間的摩擦增大，加劇了刀具的磨損衫樊。刀具能否承受干切削時(shí)巨大的熱能飒赃，是實(shí)現(xiàn)干切削的關(guān)鍵。只有采用高熱剛度科侈、高硬度载佳、高沖擊韌性的刀具材料，結(jié)合涂層技術(shù)以及對(duì)刀具參數(shù)和切削用量進(jìn)行優(yōu)化臀栈，才能夠可靠地實(shí)現(xiàn)高速干切削蔫慧。

　　2.2.1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，而且還必須有良好的耐磨性岭蚜、耐熱沖擊和抗粘結(jié)性脯阔。超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、金屬陶瓷孝揉、陶瓷(AL2O3,Si3N4)摇值、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，是目前應(yīng)用最為普及的幾種干切削刀具材料在選用這些刀具材料時(shí)垃批，應(yīng)與加工材料的性質(zhì)茫步、加工方法結(jié)合起來(lái)綜合考慮。

　　超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金特別能承受較高溫度的切削枢竟，具有較高的強(qiáng)度和沖擊韌度拿豺，適用于制作干切削用的鉆頭和銑刀。金屬陶瓷的硬度和沖擊性好，但熱硬性差菲恢，大多用于精加工和半精加工擎融。陶瓷具有硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性和抗粘結(jié)性好锁孟、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)彬祖，是相對(duì)廉價(jià)的干切削刀具材料，但其強(qiáng)度品抽、韌性和抗沖擊性能差储笑，適用于灰鑄鐵和鋼的高速干切削。CBN的硬度和耐磨性僅次于金剛石圆恤，有優(yōu)良的紅硬性北學(xué)穩(wěn)定性和低摩擦系數(shù)突倍，是高速干切削HRC50以上淬硬鋼和冷硬鑄鐵等玄色金屬時(shí)的理想刀具材料。PCD刀具有很高的硬度和熱導(dǎo)率盆昙，適合高速干切削有色金屬合金(如銅合金羽历、鋁合金以及欽合金)與纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料，但不能加工玄色金屬淡喜。

　　上述材料又大都有脆性比較大的缺點(diǎn)秕磷，但是于切削相對(duì)于傳統(tǒng)濕切削而言，消除了由于切削液使用不連續(xù)或冷卻不均造成的熱沖擊炼团，因此對(duì)使用這些脆性較大的超硬刀具材料更為有利澎嚣。

　　2.2.2采用涂層技術(shù)

　　對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理，是進(jìn)步刀具性能的重要途徑存妇。涂層刀具是當(dāng)今高速干切削最常用的刀具男软。在切削過程中涂層可以取代切削液的兩大作用是：①提供低摩擦層，取代切削液的潤(rùn)滑作用唉奇；②提供低導(dǎo)熱率層以抵抗切削熱向刀具傳播灯烤，取代切削液冷卻刀具的作用。

　　涂層刀具可分為“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具闻街。涂層刀具的基體一般是韌性較好的硬質(zhì)合金峡冻，“硬”涂層刀具是在基體上涂上一層或多層TiC,TiN,TiAIN和AL2O3之類的耐磨硬涂層，起耐熱和隔熱的熱屏障作用蜂澄。這類刀具表面硬度高最奸、耐磨性好。其中墨攻，TiC涂層刀具抗后刀面磨損的能力特別強(qiáng)拜殊，而TiN涂層刀具則有較高的抗“月牙洼”磨損能力。另一類是“軟”涂層刀具汹魁，也稱為“自潤(rùn)滑刀具”匿党，如MoS2,WS等涂層刀具。這類刀具與工件材料的摩擦系數(shù)很低，只有0.01左右括丁，能減少切削力和降低切削溫度荞下。

　　在高速干切削中，經(jīng)常采用多層復(fù)合涂層刀具史飞。把硬涂層和軟涂層結(jié)合在一起尖昏，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TiAIN构资，然后再在其上面通過采用濺射法產(chǎn)生WC/C軟涂層抽诉，可以有效進(jìn)步刀具使用壽命。目前新涂層技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展吐绵，如高硬度迹淌、高熱穩(wěn)定性的金剛石薄膜涂層，由多種涂層材料的不同組合構(gòu)成的納米級(jí)涂層和為被加工材料量身定做的專用涂層等己单。相比較而言唉窃，納米級(jí)涂層和專用涂層可以通過公道設(shè)計(jì)使刀具的硬度和韌性明顯增加，使其具有優(yōu)異的抗磨損及自潤(rùn)滑性能纹笼，適適用于各種材料的干切削句携。

　　2.2.3優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)和切削用量

　　設(shè)計(jì)的刀具結(jié)構(gòu)應(yīng)耐磨損、耐沖擊逛指。干切削過程中刀具與切屑接觸區(qū)域的溫度升高，輕易導(dǎo)致干切削刀具的月牙洼磨損失效苟及。因此骤转，通常干切削刀具具有大的前角和刃傾角，以減少切屑與前刀面的接觸面積夷钥，使切屑帶走大量熱量锚蛀。干切削的高硬刀具材料一般都有較大的脆性，前角增大后刀刃強(qiáng)度又會(huì)降低婿残，此時(shí)應(yīng)配合以適宜的T型刃帶核宿、強(qiáng)化刃口以加強(qiáng)刀刃強(qiáng)度，采用適宜的負(fù)倒棱或前刀面加強(qiáng)單元來(lái)加強(qiáng)支承襟腹，分散壓力顾篡。

　　刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足干切削對(duì)斷屑和排屑的要求。特別是對(duì)韌性材料的加工來(lái)說(shuō)摊哟，斷屑非常關(guān)鍵在竹。目前車刀三維曲面斷屑槽的設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可針對(duì)不同的工件材料和切削用量梅屉，快速設(shè)計(jì)出相應(yīng)的斷屑槽結(jié)構(gòu)與尺寸值纱，大大進(jìn)步切屑折斷能力和對(duì)切屑活動(dòng)方向的控制能力。在封閉空間進(jìn)行干切削(如干鉆削、干鉸削虐唠、干攻螺紋等)時(shí)搀愧，應(yīng)增大刀具的容屑槽空間和背錐的錐度。

　　由于高速切削加工具有切削力小疆偿、散熱快咱筛、加工過程穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在干切削的切削用量選擇中翁脆，應(yīng)盡可能采用較大的切削用量眷蚓。

　　2.3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(xiàng)通用技術(shù)反番，高速干切削技術(shù)的應(yīng)用受工藝條件沙热、工件材料和加工類型影響，有些加工適宜采用干式切削罢缸，有些則不宜篙贸，在制定工藝時(shí)應(yīng)作具體分析。高速干切削的工藝技術(shù)還在發(fā)展中譬椰，目前已有一些成熟的加工工藝方法踏蚓。

　　(1)加工鑄鐵的“紅月牙”(RedCrescent)技術(shù)。這種方法是利用陶瓷或CBN刀具進(jìn)行高速加工姚不，聚集在刀具前真?zhèn)€熱量使工件達(dá)到赤熱狀態(tài)惫投，降低了工件的屈服強(qiáng)度，達(dá)到增大切削速度和進(jìn)給速度的要求衷玩，從而大大進(jìn)步了切削效率蹬谁。

　　(2)MQL方法。這種方法是將壓縮的空氣與少量的潤(rùn)滑液混合氣化后盾倍，噴射到加工區(qū)癞烈，對(duì)刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行有效的潤(rùn)滑。MQL技術(shù)可以大大減少“刀具——工件”和“刀具——切屑”之間的摩擦膀钝，起到抑制溫升堕常、降低刀具磨損、防止粘連和進(jìn)步工件加工質(zhì)量的作用萎煤。MQL使用的潤(rùn)滑液是對(duì)人體健康無(wú)害的植物油或脂油缤弦，其用量極少，一般為0.03-0.2L/h彻磁，而1臺(tái)典型的加工中心在進(jìn)行濕切削時(shí)甸鸟，切削液的用量高達(dá)20-100L/min，是MQL潤(rùn)滑油用量的6萬(wàn)倍左右兵迅。

　　(3)液氮冷卻干切削和激光輔助干切削的工藝技術(shù)抢韭。液氮冷卻技術(shù)的機(jī)理是采用液態(tài)氮冷卻刀具的切削部位薪贫，吸收切削時(shí)的發(fā)熱量，始終保持刀具在干切削下的優(yōu)良切削性能刻恭，已在生產(chǎn)實(shí)踐中用于難加工材料欽合金TC4的加工瞧省。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(shí)的切削阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)干切削的鳍贾。如在對(duì)氮化硅(Si3N4)工件進(jìn)行硬車削時(shí)鞍匾，采用激光束對(duì)工件切削區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，使工件材料局部軟化骑科，可減少30-70%的切削阻力橡淑，改善了材料的可加工性，刀具磨損可降低80%左右账菊。干切削過程中的振動(dòng)也大為減少祥喳，大大進(jìn)步了材料的切除率，使干切削得以順利進(jìn)行册吹。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　高速干切削加工從根本上解決了切削液具有的弊端貌硬，是一種綠色加工技術(shù)，是面向21世紀(jì)的前沿制造技術(shù)馒狡。干切削技術(shù)與高速切削技術(shù)的有機(jī)結(jié)合嚣褐，將獲得生產(chǎn)率高、加工質(zhì)量好和無(wú)環(huán)境污染等多重利益煮肋。

　　高速干切削加工技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)逸茅，無(wú)論在熟悉觀念或技術(shù)上都還有很多困難和障礙需要克服，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的努力响友，才能使這項(xiàng)加工技術(shù)日臻成熟详不。

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