干切削是切削加工的發(fā)展方向

　　就在二十年前日病，切削液曾是非常便宜炕淮，在大多數加工過程的成本中鉴竭，其所占比例不到3%柿估。以至沒有誰會對此多加注意循未。可是撰绕，現在不一樣了岩哥，切削液在車間生產成本中所占比例上升為15%，這就不得不引起生產經營者的極大關注看剃。

　　特別是那些含油的切削液已經成為一項很大的支出淀然。更重要的是它的排放污染環(huán)境，國外環(huán)保部門要監(jiān)控這些混合制劑的處理秋豌。而且悔琉，許多國家和地區(qū)也把它們劃歸為危險廢物，如果其中含有油和某些合金劲旗，還要采取更為嚴厲的控制措施唉攻。再有，許多高速加工工序加了切削液會產生煙霧常孕，環(huán)保部門也限制切削液煙霧釋放量要在允許范圍內网赤，職業(yè)安全和職工健康管理部門為了降低切削液煙霧排放允許值，正在考慮一項咨詢委員會的建議逐会。其中包括制定比較高的切削液的價格政策族延。因此，越來越多的廠家開始采用干切献酗，以避免這筆費用和與切削液處理相關連的麻煩寝受。以前，金屬加工行業(yè)使用切削液已形成"習慣"罕偎，所以推廣干式切削的主要障礙是這種習慣勢力很澄，他們認為切削液是取得良好加工表面、提高機床和切削方法痊土。盡管切削液在有些場合還是需要的，可是研究表明：由于今天的刀具材料有了很大發(fā)展爱葵，情況也在不斷的變化施戴。新的硬質合金牌號特別是那些涂層牌號反浓，在高速萌丈、高溫的情況下不用切削液，切削效率更高峡哥。事實上庭走，對于間斷切削，切削區(qū)溫度越高烙昼，越不適合用切削液荸凸。

　　 先來看看銑削，假定切削液能克服高速旋轉的銑刀引起的離心力泛红，那它在到達切削區(qū)之前也就已經蒸發(fā)了一恃，它的冷卻效果是很小的甚至沒有。而應用切削液刀具會產生溫度的激烈變化麻镶，銑刀刀片自工件切出時冷卻桨檬，再切入時溫度又上升。盡管在干切削時也有類似的加熱和冷卻循環(huán)產生端葵，但是加了切削液這種溫度變化要大得多众凝。溫度急劇變化在刀片中產生應力，會導致裂紋的產生新框。

　　 類似的情況在車削中也會出現倍工，例如用非涂層硬質合金，在速度高于130m/min時公般，車削中碳鋼万搔，刀尖切入工件不到40秒，然后暴露在冷卻液中官帘，就能很明顯地表現出熱沖擊的損害瞬雹。這種熱沖擊加快了月牙洼磨損和后面磨損，從而大大地縮短刀具壽命遏佣。對于大多數車削加工挖炬，干切通常能延長刀具壽命。

　　 然而状婶，對于鉆削則是另一種情況意敛。鉆削時切削液是必要的，因為它提供了潤滑和從孔中沖出切屑膛虫。沒有切削液草姻，切屑可能粘在孔內钓猬，并且表面粗糙度平均值(Ra)可能達到濕鉆時的兩倍。在這種情況下撩独，切屑液也能減少所需的機床扭矩草悦，因為鉆頭邊緣上與孔壁接觸的點得到潤滑。盡管涂層鉆頭也能夠起到類似切削液的潤滑效果匠凤，涂層還能減少切削力并能使磨擦阻力趨向最小蝠兽。從總的效果來看，目前還不能完全代替切削液厂跋。用哪種型號的切削液要根據具體情況警综，潤滑性切削液用于低速加工難加工材料以及表面粗糙度要求較高時比較好。而冷卻能力較高的切削液猫降，可以增強易切削材料高速加工性能呵寂，可以用于有產生積屑瘤傾向或有嚴格的尺寸公差的情況下∫祝可是許多時候用了切削液取得了某些效果豌魏，但它需要很高的額外費用，也帶來非常有害的環(huán)境污染院抛，這是不值得的唉私。應該看到，現代的切削刀具能承受更高的切削熱闻蛀，具備高速切削所需的性能匪傍。必要時可以用壓縮空氣從切削區(qū)吹走熱的切屑，以取代切削液觉痛。

　　 在干式切削中刀具材料的選用

　　 1高速干式切削最好的涂層是氮鋁鈦現今役衡，切削液通常不再必要的重要原因是有了涂層。它們通過抑制從切削區(qū)到刀片(刀具)的熱傳導來減緩溫度的沖擊薪棒。涂層的作用就象一層熱屏障手蝎，因為它有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導系數。因此俐芯，這些刀具吸收的熱量較少棵介，能承受較高的切削溫度。無論是車削還是銑削吧史，涂層刀具都允許采用更高效的切削參數邮辽，而不會降低刀具壽命。

　　涂層厚度在2到18微米之間贸营，它在刀具性能方面起著重要的作用吨述。較薄的涂層比厚的涂層在沖擊切削時，經受溫度變化的性能要好，這是因為較薄的涂層應力較小阅王，不易產生裂紋湖生。在快速冷卻和加熱時，厚的涂層就象玻璃杯極快地加熱冷卻一樣培扳，容易碎掉澳敞。用薄涂層刀片進行干式切削可以延長刀具壽命高達40%，這就是物理涂層常用來涂圓形刀具和銑刀片的原因硫薇。PVD涂層往往涂得比化學涂層要薄宴宠，與輪廓結合得較牢固。另外粱宝，PVD涂層可以在低得多的溫度下沉積在硬質合金上仲蔼，因此晾充，它們更多地應用于非常鋒利的刃口及大的正前角銑刀玖膨、車刀。

　　雖然涂層材料氮化鈦崭湾，在所有涂層刀具中占有80%赛邢。然而在高速干式切削的情況下，最好的PVD涂層是氮鋁鈦(TiAlN)猛蔽，它的性能在高溫連續(xù)切削時剥悟，優(yōu)于氮化鈦四倍，例如用于高速車削曼库。TiAlN涂層對于處在較高的熱應力條件下的刀具区岗，也勝過其它涂層。象干式銑削及那些小直徑孔的深孔鉆削切削液難以到達的部位毁枯。

　　TiAlN在切削溫度下比TiN更硬慈缔，且具有熱穩(wěn)定性，PVD涂層利用了它的抗化學磨損性能种玛，它的硬度高達維氏3500度藐鹤，它的工作溫度高達1470°F。材料科學家推測：這些性質可歸功于非結晶的氧化鋁薄膜赂韵，它是當高溫時涂層表面中的一些鋁氧化后娱节，在切屑/刀具界面上形成的。

　　這項研究特意選用超薄多層PVD涂層祭示，這種沉積過程產生的涂層由上百層組成肄满，每一層僅有幾個納米厚。而一般的PVD涂層的沉積物只有幾層微米級厚度的涂層质涛。

　　盡管PVD涂層有很多優(yōu)點拭兢，但是對于加工大多數黑色金屬，CVD涂層仍然是更受歡迎。在CVD加工過程中讯翎，沉積溫度比較高有助于提高結合強度嫉簿，并且允許基體中有較高的鈷含量，這樣刀刃的韌性好最勤，提高抗塑性變形的能力封鹦。由于CVD涂層比PVD涂層厚，就要求在它們的刃口處進行鈍化坚矢，以防止涂層剝落晾游，同時也能有助于提高刀具的抗磨損性能。允許采用進給量可達0.035英寸/轉翁纵。

　　CVD是在刀具上沉積一層有用的氧化鋁的過程丽信，這是人們熟知的最耐熱和抗氧化的涂層。氧化鋁是不良導體沐恨，它把刀具與切削變形而生成的熱量隔開物忠，促使熱量流到切屑中。這是一種極好的CVD涂層材料狡忙，主要用于在干切時使用的硬質合金車刀梳虽。它在高速切削時還能保護基體，是最好的抗磨料磨損和月牙洼磨損的涂層灾茁。

　　涂層刀片有較長的刀具壽命窜觉，它在干式銑削比濕式銑削更穩(wěn)定。更高切削速度會使切削溫度進一步升高北专。例如禀挫，在14000轉/分和1575英寸/分的切削速度下干式切削加工鑄鐵，能把刀具前面的切削區(qū)加熱到600°～700℃拓颓。其金屬切除率就類似于銑削鋁语婴，這時在鑄鐵上產生的溫度就高于常規(guī)刀具。<\p>

        2金屬陶瓷录粱、陶瓷腻格、CBN、PCD的選用

　　切削速度越高就要求刀具材料更耐磨啥繁，還要求具有較高的熱硬性菜职。金屬陶瓷、立方氮化硼以及兩種適合精細加工需要的陶瓷--氧化鋁和氮化硅(現代術語"陶瓷"包含氧化鋁和氮化硅头熏，而不象過去單指氧化鋁睬漩。)，它們的應用日漸普及转挽。聚晶金剛石是另一種干式切削情況下使用的刀具材料漫诬。在所有這些材料中，它們都有較高的紅硬性和耐磨性，需要權衡考慮的是脆性較大胀垃。

　　 (1)金屬陶瓷

　　是一種先進的硬質合金癣偶。金屬陶瓷比常規(guī)硬質合金能承受更高的切削溫度，但是缺乏硬質合金的耐沖擊性据滑、在中型到重型加工時的韌性恃楔、以及在低速大進給時的強度。金屬陶瓷在小的和不變的負荷時培晓，也象常規(guī)硬質合金那樣涡写，有差不多的刀刃強度。但是它在高切削速度下的耐高溫和耐磨性能更好廓握，持續(xù)時間更長搅窿，加工的工件表面更光潔。當用于加工軟的和粘性的材料時隙券，它也有較好的抗積屑瘤性能男应，表面質量很好。較好的高溫硬度來自配料時加入的鈦的化合物是尔。金屬陶瓷是硬質合金的一種型式殉了，它含有堅硬的鈦基化合物(碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦)拟枚，粘結劑是鎳或鎳鉬。由于金屬型粘結劑的溫度局限性众弓，典型的金屬陶瓷牌號恩溅，在加工的材料硬度超過HRC40時，不具備足夠高的熱硬性谓娃。

　　金屬陶瓷比起涂層和非涂層硬質合金脚乡，對斷裂和進給引起的壓力更加敏感。因此滨达，它最好用于高精度工件和表面質量要求較高時奶稠。理想的加工工序是切削那些連續(xù)的表面。車削碳鋼時恃打，進給量的上限通常是0.025英寸/轉钟唯。一般用途的銑削，可以在高的主軸速度市缠、中等進給量的條件下進行焚痰。如果滿足這些條件，在大量生產時金屬陶瓷能長時間地保持鋒利的切削刃羔辉。如果金屬陶瓷是在傳統(tǒng)的切削速度和進給量下使用盯萄，比起硬質合金刀具能改善了刀具壽命和表面質量，也能提高生產率，對于切削合金鋼時其提高幅度為20%用牲，對于切削碳鋼塌纯、不銹鋼和軟鐵時為50%。

        (2)陶瓷陶瓷刀具類似于金屬陶瓷勋酿，它比硬質合金有更高的化學穩(wěn)定性步嘹，可在高的切削速度下進行加工并持續(xù)較長的時間。純氧化鋁可以耐非常高的溫度聋亡，但是它的強度和韌性很低肘习，工作條件如果不好，容易破碎坡倔。為了減低陶瓷對破碎的敏感性漂佩，在企圖改善其韌性、提高耐沖擊性能時罪塔，加入了氧化鋯或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物投蝉。盡管加入了這些添加劑，但是陶瓷的韌性比硬質合金還是低得多征堪。另一個提高氧化鋁陶瓷韌性的方法是在材料中加入結晶紋理或碳化硅晶須瘩缆，通過這些特殊的平均起來僅有1納米直徑，20微米長很結實的晶須佃蚜，相當程度地增加了陶瓷的韌性庸娱、強度和抗熱沖擊性能。在組成上谐算，晶須可高達30%熟尉。象氧化鋁一樣，氮化硅比硬質合金有更高的熱硬性佳抗。它耐高溫與機械沖擊的性能也比較好坠街。與氧化鋁陶瓷相比它的缺點是在加工鋼時它的化學穩(wěn)定性不很好×榭疲可是墅失，用氮化硅陶瓷可在1450英尺/分或更高的速度下加工灰鑄鐵。雖然使用陶瓷刀加工效率可以很高揭轰，但是應用必須正確筑渴。例如，陶瓷刀具不能用于加工鋁泼剩，而對灰鑄鐵稼炉、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼瓜释、耐熱合金則特別適合草嫉⊙志矗可是對這些材料而言，應用得成功還有賴于開始切削之前刀具刃口外觀的準備症慰、機器和裝備的穩(wěn)定性和選用最佳的加工參數魄帽。

　　(3)CBN

　　CBN是一種非常硬的刀具材料，通常最好用來加工硬度高于RC48的材料凯傲，它有極好的高溫硬度--高達2000℃犬辰，盡管比硬質合金要脆得多，比陶瓷耐熱性和化學的穩(wěn)定性要差冰单，但是它比陶瓷刀具有較高的沖擊強度和抗破碎性能幌缝。對于切削淬硬金屬時，機床剛性可以稍差诫欠。此外涵卵，一些特制的CBN刀具能抵御高功率粗加工的切屑負荷，間斷切削的沖擊以及精加工時的磨損和切削熱荒叼。對于要求嚴格的零件轿偎，應對設備進行適當的調整，以提高機器和裝備的剛性被廓。刃口倒鈍應足夠大以防止微觀剝落和使刀具基體上有一定厚度的CBN層坏晦，這就能使刀具在高速、重負荷嫁乘、劇烈的間斷負荷下工作昆婿。這些特點使CBN成為粗加工淬硬鋼和珠光體灰鑄鐵所選用的刀具材料。

　　刀具帶有一薄層CBN是比較脆弱的托津，但是它用于加工淬硬的鐵合金又是比較好的刀具材料蔑氛。CBN具有低的導熱系數和高的壓縮強度，經受得了由于高切削速度和負前角產生的切削熱嚎姨。在切削區(qū)內由于較高的溫度使工件材料軟化，有助于切屑的形成持拐。負的幾何角度加強了刀具勘职，穩(wěn)定了切削刃，改善了刀具壽命和允許在小于0.010″的淺切深下進行加工啰哪。

　　在干式車削淬硬工件的情況下略菜，由于CBN刀具可以加工出小于16微英寸的表面質量，并能控制±0.0005″的精度侵宝，因此常用它取代磨削工序池粘。CBN刀具很適合淬硬車削和高速銑削加工。而對于這個應用范圍省喝，陶瓷和CBN是重疊的胆誊。因此一死，進行成本效益分析是非常必要的，以確定哪一種材料將提供最好的效果傻唾。

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