干式、半干式和低溫冷風

重慶成田低溫加工技術有限公司張昌義

    【摘要】介紹了干式、半干式切削的發(fā)展趨勢残匈，切削機理以及低溫冷風切削加工技術的特點。
【關鍵詞】清潔加工视事、干式切削胆萧、半干式切削、低溫冷風切削
一俐东、干式跌穗、半干式切削的發(fā)展
1、金屬切削加工業(yè)的主要課題
隨著數(shù)控化的普及虏辫、刀具制造技術的提高蚌吸，金屬切削機床的加工效率越來越高，切削液的用量也越來越大乒裆；那種簡單地依靠加大切削液用量去降低切削溫升的辦法巳不能滿足生產(chǎn)的需要套利。切削液是金屬切削加工業(yè)的主要污染源，這些有害液體的隨意排放鹤耍、粘附在切屑上的露天放置肉迫、加工時的飛濺、升騰稿黄、長時間的泄漏喊衫，最終將污染到飲用水源。
90年代初睡谒，發(fā)達國家的專家們圍繞金屬切削加工過程對環(huán)境的影響問題湘搀，進行了認真的研討，各國政府都拔層苁款資助以代替油劑切削為目的干式切削加工技術的研究渐仓。
1996年9月，ISO14000環(huán)境標準在歐洲通過以后,各國政府都加大了因切削劑污染的處罰力度榨未，并制定了非常嚴格的切削廢液管理悄慨、限制措施，甚至連切削液灑落在機床外部都是不許可的收谭，因此车管，這些國家與切削液有關的費用在逐年增加。例如：日本專業(yè)切削廢液處理部門每升廢液處理收費已高達1.5元人民幣旧败，使得機械零件的加工成本逐年上升还桶。在此形勢下公杰，不使用切削劑的加工技術就成為發(fā)達國家金屬切削加工業(yè)所面臨的主要課題；人們在尋找既能改善加工環(huán)境苛瞬、節(jié)約能源许起，又能提高效率、降低成本的加工方法肛冶。
2街氢、干式切削加工法
從金屬切削加工技術誕生的那一天起，就有了干式切削和濕式切削的方法睦袖，而濕式切削因能夠獲得理想的切削效果，被人們廣泛運用荣刑，以解決傳統(tǒng)干式切削不好解決的問題馅笙。一般認為：切削劑主要具有：潤滑、降溫厉亏、排屑等三個作用《埃現(xiàn)代干式切削技術，要不使用切削劑爱只，就必須找到既能替代這三個作用皿淋，又能滿足加工要求、改善切削條件的方法恬试。
目前窝趣，國際上流行的不使用切削劑的切削方法主要有：
a、完全不使用切削劑的---全干式切削（高速干式切削法）
b牧稳、用氣體混合微量潤滑劑代替切削劑的---半干式切削
3茫绅、全干式切削法的特點
全干式切削法，也叫高速干式切削法闰袒，它是讓主軸在非常高的轉速下運轉(通常在2～6萬轉/分)咳综，用高強度刀具、很少的吃刀量進行超高速切削悴觅，這種方法切削熱90﹪以上被切屑帶走霍执，它通過機床超高速運轉、切削條件的改變來完成無油化加工轰蜗，效率非常高删摸。目前，德國處于國際領先水平澳银，歐棒冠、美國家較為流行。據(jù)2001年統(tǒng)計慨即，德國巳有8%左右的企業(yè)采用了這一技術型肥，預計到2003年德國將有20%以上的企業(yè)采用這一技術泛鸟。
4、半干式切削法的特點
半干式切削法是用氣體加微量無害油劑代替切削劑的切削方式踊东，目前北滥，常見的有：MQL(微量潤滑)切削、氮氣流切削和低溫冷風切削闸翅。這種方法再芋，日本用得較多，據(jù)統(tǒng)計：19屆(98年)東京國際機床展覽會上坚冀，日本參展的69臺機床中有43臺具有半干式切削功能济赎。以下是常見的幾種半干式切削法
a、MQL（微量潤滑）切削
一種國外較為流行的半干式切削方法记某，它在壓縮空氣中混入微量的無公害油霧司训，代替大量油劑對切削點實施冷卻、潤滑和排屑液南。
b壳猜、氮氣流切削
是在壓力作用下，將氮氣發(fā)生裝置所生成的氮氣送入切削點滑凉，代替大量油劑的切削方法忿震。
c、低溫冷風切削
將壓縮空氣的溫度降低到
-20℃～-30℃二娄，并混入微量潤滑劑對切削點實施冷卻肚浴、潤滑和排屑的方法，這種方法與MQL切削不同的是它可以將切削點的溫度降低辙求。
二盲并、切削與溫升
1、切削溫升是刀具磨損的主要原因
一般認為弟诲，刀具的磨損與如下因素有關：
a吻悍、機械擦傷
在切削加工時，工件或切屑上的碳化物徘伯、積屑瘤碎片等硬質點囚上，對刀具刃部產(chǎn)生的機械擦傷磨損，在刀具高溫狀態(tài)就考，材料相對變軟痰拢，這種磨損將會加劇。
b贯卦、刀具與工件材料的粘結
在切削過程中资柔，尤其是在切削塑性金屬材料時，切屑的撕裂過程、刀具的前刀面與切屑贿堰、后刀面與工件表面都會產(chǎn)生較大的壓力和熱量辙芍，這些壓力和熱量，使工件材料與刀具材料之間產(chǎn)生吸附作用羹与，刀具刃部強度較低的微粒容易被切屑或工件帶走故硅，造成刀具的磨損或崩裂。

c纵搁、合金元素的相互擴散
在切削溫度較高時吃衅，刀具與工件之間的合金元素會相互擴散，使刀具材料的物理腾誉、力學性能降低徘层，并加速刀刃的磨損。
d利职、金相組織的變化
當?shù)毒邷囟雀哂诓牧系南嘧儨囟葧r惑灵，高溫部位的金相組織就會發(fā)生變化，例如：馬氏體轉變?yōu)閵W氏體伟蕾，使刀具的硬度下降，合金工具鋼的相變溫度為300℃～350℃畦肉，高速鋼的相變溫度為550℃～600℃配昼，刀刃溫度超過這個范圍后，刀具的切削性能會迅速下降礁姿，并加劇磨損如癌。
上述四項因素都與切削溫度升高有關，因此菱区，控制切削點的溫升顿墨，對緩解刀具磨損具有重要意義。
2绎瓣、切削劑的使用
為了控制切削溫度的迅速升高稼孤，傳統(tǒng)的方法是給切削區(qū)注入大量冷卻劑，通過這些液體對發(fā)熱點實施：冷卻堵忌、潤滑和排屑扇述。但是，切削劑過量會產(chǎn)生環(huán)境杯道、成本和加工不便等一系列問題匪煌。
事實上切削劑的使用對刀具也有不利之處，美國密西根工藝大學的研究表明：當切削速度達到130米/分時党巾，如果給切削點加注切削劑萎庭，會出現(xiàn)加注過程沒有連續(xù)性和冷卻不均的現(xiàn)交替變化，這對刀具的使用非常不利。
3驳规、切削與熱傳導
金屬切削時肴敛，工件受刀具的切割和推擠發(fā)生彈性變性和塑性變形，使切屑分離达舒，產(chǎn)生大量的熱量值朋，其中，第一變形區(qū)產(chǎn)生的熱量最大巩搏。從傳熱學角度講昨登，切削過程中刀具的溫升主要受如下條件影響：
熱量=接觸面積×傳熱系數(shù)×溫差×時間，式中：
減少吃刀量=減少刀具與熱源的接觸面積
加大冷卻介質的流速=增大傳熱系數(shù)
降低冷卻介質的溫度=增大溫差     提高機床轉速=縮短刀具與熱源的接觸時間
因此贯底，控制這些條件對降低刀具溫升具有重要意義丰辣。
4、干式挽后、半干式切削控制熱傳導的方法
全干式切削主要是通過提高工件或刀具的運轉速度滥港、盡可能減少，刀具與工件發(fā)熱區(qū)的接觸時間和接觸面積的方法來控制熱傳導的镇盛，這種方式换蛔，撕裂下來的切屑很薄，并以極快的速度脫離工件卜锡、把熱量帶走孽强，效率非常高。
半干式切削是靠加大冷卻介質的流速歉赴、增大冷卻介質與發(fā)熱區(qū)的溫差和增大冷卻面積的方法來控制熱傳導的氮妆。也達到了降低溫升的目的。
三柄午、低溫冷風切削法
1匹溪、低溫冷風對刀具壽命的影響
如前所述，切削點的溫升對刀具壽命的影響很大爽咒。低溫冷風切削法向加工部位噴射--20℃～--30℃的低溫氣流玩冷、并混入非常微量的植物性潤滑劑(每小時10～20毫升)，把油劑的作用分開进肯，讓微量油霧潤滑激蹲、低溫氣流降溫和排屬。切削點低溫化江掩，不僅使工件材料局部變脆学辱，有利于切屑的撕裂、降低切削負荷环形，同時也防止了刀具自身的軟化策泣，減少了與工件之間的摩擦、粘結、擴敖和相變磨損萨咕，使刀具壽命得到提高统抬，尤其適合鈦、鎂危队、鉬聪建、鋁、不銹鋼等難切削材料和薄壁材料的加工茫陆。
2槽悼、低溫冷風對加工質量的影響
在金屬切削加工過程中，工件溫度的高低對表面加工尺寸的穩(wěn)定影響很大毛围。試驗證明页梁，低溫冷風切削時，工件和刀具的溫升低沸恤，切削阻力減小队淳，刀具磨損量小，并且真稚，切削點的溫度相對平穩(wěn)千雏，加工表面殘余應力小，質量容易保證农帝。在最近進行的試驗中李荚，成都寧江機床集團，使用低溫冷風切削技術属诀、金剛石刀具超精加工鋁合金，表面粗糙度高達Ra0.05微米锐拟，已接近鏡面(老標準▽12級) 秉扑。
3、低溫冷風切削的優(yōu)點
干式调限、半干式切削被稱為新世紀的切削技術舟陆，而低溫冷風切削技術又是最適合我國國情、最為實用的一種耻矮，它有如下優(yōu)點：
●幾乎無傳染秦躯，改善生產(chǎn)條件；
●節(jié)約切削劑采購費裆装，降低成本踱承；
●切屑可以直接回收，增加效益哨免；
●沒有切削劑茎活、有利操作、檢測和監(jiān)控；
●無需考慮針對加工溫度變化所實施的尺寸補修载荔，質量穩(wěn)定盾饮；
●刀具壽命可以成倍延長，降低成本懒熙、縮短機床準備時間档价；
●有利于鈦、鎂囤乎、鎳鉻合金等難切削材料的加工靡黑；
●加工效率可以成倍提高 (據(jù)介紹：低溫冷風車削可以提高效率1倍，低溫冷風磨削可以提高效率3～4倍槽顶，低溫冷風鉆削(內(nèi)冷方式)可以提高效率20倍以上)篙绎；

   ●有利于企業(yè)IS014000和IS016000標準的認證

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