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制 造业是产生工业污染的主要来源之一,其中传统加工所使用的切削液给环境造成了严重的污染。随 着人们对环境保护的日益重视,尤其是环境保护法规的严格实施,对制造业产生的环境污染提出了更高的要求。一种能减少对环境污染、节约资源和能源的绿色制造 技术——干式切削加工技术,越来越受到人们的重视。近年来,许多发达国家在工厂条件允许的情况下正积极地采用干式切削加工技术,以达到减少切削加工的润滑 污染、降低加工成本的目的。1干式切削加工相关技术干式切削加工技术是在无冷却或少许润滑油、剂的条件下,采用高切削速度进行切削加工的方法。在干式切削 条件下,失去切削液、冷却、清洗、排屑的作用,切削条件非常恶劣。在切削区域会产生大量的切削热将无法及时的散发,温度和切削力大幅度上升,摩擦力增大, 刀具磨损加快,生产效率降低。因此要使干式切削加工工艺得到很好地推广,充分发挥其优势,克服其缺点,就必须要很好地解决干式切削加工相关地技术难题。 1.1刀具结构应有良好的耐热性和耐磨性;②切屑及刀具之间的摩擦系数要尽可能小;③刀具的结构要保证排屑流畅与散热;④刀具应有高的强度和抗冲击韧性。 刀具结构为了保证干式切削对断屑、排屑及自冷却的要求,必须对刀具结构和几何参数进行优化。如:①在切削力较小的情况下,可采用大前角和大圆度切削角;② 采用负前角或前后刀面凸起, 以延缓月牙哇对刀刃的损伤;③增大负刃倾角,改善刀刃及刀头的切入状态,提高刀具的抗冲击和抗热震能力。图1为热管式车刀结构、图2为热管式铣刀结构。其 结构特点是在车刀的刀体和铣刀的每个刀齿内部制成空心的热管,配以冷气系统,可把大量的切削热量带走。图3为德国TITE X公司开发的干式深孔钻头“ALPHA22”钻尖结构。该钻头刀刃经过专门优化设计,以减少刀具与工件间的接触强度。1.2刀具材料近几年,高硬度材料的 出现,为干式切削提供了可能。目前应用于干式切削加工的刀具材料主要是:超细硬质合金、陶瓷刀具、金刚石与氮化硼等超硬度材料。①超细硬质合金可以提高普 通硬质合金的韧性,具有很好的耐磨性和耐高温性,可用于制作大前角的深孔钻头、刀片作铣削和钻削的干式加工。②立方氮化硼(CBN)材料的硬度高,达3 200～4000HV,仅次于金刚石、热传导率好,达1300W/MK、具有良好的高温化学稳定性,在1200℃下热稳定很好。采CBN刀具用于加工铸 铁,可大大提高切削速度、用于加工粹火钢,可以以车削代替磨削。③聚晶金刚石(PCD)刀具硬度高,可达7000～8000 HV,热导率可达2100W/MK,线膨胀系数小。PCD刀具切削时产生的热能很快从刀尖传递到刀体,从而减少刀具热变形引起的加工误差。PCD刀具适用 于干式加工铜、铝及铝合金工件。④涂层硬质合金刀具很适合干式切削加工。涂层的作用主要是在刀具与切削材料之间形成隔热层 ,抑制切削的热冲击,减少摩擦系数,减少刀具的磨损。刀具涂层厚度为1～5μm。涂层的材料有TiC、TiAIN、TiCN等,其中TiAIN具有较好的 耐热性能和高温性能,其高温连续切削性能是TiC涂层的4倍,高温硬度高于TiN。表1是SECO公司用涂层刀具进行干式洗削的情况。图1热管式车刀图2 热管式铣刀结构图3ALPHA22钻尖结构1.3低温冷风切削低温冷风切削的概念是由日本人横川和尹首先提出来的。是一种在-10～-100℃冷风冷却和 非常微量的植物油润滑条件下进行干式切削的技术。有关研究表明,在刀具表面涂一层薄薄的植物油,在切削加工点进行低温冷风冷却,其干式加工的效果很理想。 如,在切削条件为:工件直径 :φ92～φ98mm;切削速度45.1～48.0m/min;进给0.5mm;切削余角: 45°;刀具:刀具半径R0.4mm、SKH高速钢不重磨刀片的试验结果:以刀具后刃面磨损宽度达0.2mm为评价严重磨损的指标的话,完全干式切削时刀 具切削长度为1000mm、只供给Acc-Lube精密润滑油的刀具切削长度为1500mm、只用-12℃的冷风,切削长度为2000mm、在供给- 12℃冷风的同时,在切削部位注入1ml/h的Acc-Lube 精密润滑油,切削长度为4000mm。表1涂层硬质合金刀片的应用刀具种类涂层材料适用的加工材料T150MTi(C、N)+Al2O3灰口铸铁、球墨铸 铁T250MTiC、Ti(C 、N)+TiN碳钢、不锈钢F20MTi(C、N)+(Ti、Al)N+TiN不锈钢F40 MTi(C、N)+(Ti、Al)N+TiN不锈钢1.4气雾润滑切削气雾润滑是采用一定的喷射冷却装置,将冷却液雾化为毫米级的气雾,不断喷射到刀具表 面进行润滑的切削加工。其工作原理是把冷却液通过喷射装置与空气充分混合,并且,在高压下通过多孔喷射由内喷嘴形成冷却循环、外喷嘴形成气柱,对刀具进行 冷却与润滑。该方法能节约大量的冷却液,其冷却液用量在50 ml/h以下。在钢加工和孔深为5倍以上的孔加工中采用此办法效果很好。2干式切削加工的应用在一般的切削加工中,由于切削力和金属变形将在切削区产生很 高的切削热,必须用冷却润滑剂对刀具进行冷却。但是,如果采用上述技术措施,如,改进刀具材料与结构、改变冷却形式、及时排除切屑等,完全能实现干式切削 加工。如美国Makino公司的“红月牙”干式加工技术,该技术采用高切削速度和大进给加工铸铁,使热量很快聚集在切削刀具前端,刀具前端形成红热状态 ,工件加工区域形成370℃左右的高温,此时,切口槽A-A展开刀杆刀片管孔封口管AA工件的屈服强度减小,从而使切削效率大大的增大。在通常情况下,加 工铸铁的切削速度为914～1 219m/min、切除率为16cm3/min,而采用“红月牙”干式切削工艺切削速度将能达到1828～3048m/min、切除率达 49cm3/min。与此同时,由于工件的屈服强度、切削阻力减小提高了主轴入口的夹紧力,简化了复杂工件的加工过程。如,LeBlong 公司在一台加工中心上仅用三种夹具就完成了V8缸体的全部加工,取代了26工位的传输线。3 结束语干式加工与湿式加工相比,不但提高了生产效率,降低了生产成本,而且有利于环保,是一种理想的、清洁的金属切削加工方法。我国的干式切削加工技术同 国外相比还有较大的差距,随着干式切削加工技术在我国金属切削加工中的推(上接第5页)高我们的切削加工效率、降低生产成本、提高零件的切削加工质量。
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