干式加工——未来金属切削加工发展趋势之一
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T 攘 杰
未来金属切削加l
干式加工是未来金属切削加工发
展趋势之一。近年来,特别是工业发达
国家,非常重视干式切削,为了贯彻环
境保护政策,更是大力研究、开发和实
施这种新型加工方法。切削液在加工中
对降低切削温度起了很好的作用,也有
利于断屑和排屑,但同时也存在一些问
题,冷却液的使用、存储、保洁和处理等
都十分繁琐,且成本很高。
切削液对环境和操作者身体健康
的危害一直受到使用限制。切削液的处
理是不经济的,引起了费用增加,这些
费用常常被低估,因为它们包含在间...
T —·-_—●
T 攘 杰
未来金属切削加l
干式加工是未来金属切削加工发
展趋势之一。近年来,特别是工业发达
国家,非常重视干式切削,为了贯彻环
境保护政策,更是大力研究、开发和实
施这种新型加工方法。切削液在加工中
对降低切削温度起了很好的作用,也有
利于断屑和排屑,但同时也存在一些问
题,冷却液的使用、存储、保洁和处理等
都十分繁琐,且成本很高。
切削液对环境和操作者身体健康
的危害一直受到使用限制。切削液的处
理是不经济的,引起了费用增加,这些
费用常常被低估,因为它们包含在间接
费用之中。据美国企业的统计,在集中
冷却加工系统中,切削液占总成本的
14%'-16%,刀具成本只占2%~4%。据测算,
如果 20%的切削加工采用干式加工,总
的制造成本可降低1.6%。因此,未来加
工的方向是采用尽量少的切削液,耐高
温切削
和涂层使得干加工在机械
制造领域变为可能。
1.干式加工刀具设计
刀具设计时总是考虑几何形状、
刀具材料和涂层之间的相互兼顾,不可
能只通过选择合适的刀具材料来用于
干加工;或者只用涂层方法使传统的刀
具变成干加工刀具。 传统切削加工
时,各种N-r方式对刀具设计提出不同
要求。干加工刀具必须具备下列条件:
耐热性、耐磨性的刀具材料,切屑和刀
具之间的摩擦系数要尽可能小,刀具形
状保证排屑流畅,易于散热,高的强度
和冲击韧性。
因此,干式加工刀具设计必须考虑
如下 3个方面:
(1)几何形状。热效应是干加工的
基本问题。刀具设计时要考虑使得刚开
始加工产生热的可能性要小,因此必须
24机电信息 2003年第7期总第 43期
切削力小,摩擦小。深孔加工刀具附加
问题是很难将切屑排出,因此刀具设计
必须保证有好的切屑排出效应。在很小
的加工力情况下,设计原则为,大前角
和大圆度切削角。
(2)刀具材料。干加工时切削材料
最重要的是耐高温性。如果必须用大的
前角的话,高硬度也是必须的。目前适
用于干式加工的刀具材料有超细颗粒
硬质合金、CBN、PCD、陶瓷和金属陶瓷
等。
(3)涂层。现今,切削加工可以不
采用切削液的原因之一是涂层,它通过
抑制从切削区到刀片的热传导来降低
温度冲击。因此刀具材料可通过涂层处
理,实现 “固体润滑 “来减少摩擦和粘
接,刀具吸收的热量较少,能承受较高
的切削温度,涂层在干式加工中有几种
功能:将刀具和切削材料隔离,减少摩
擦、隔热。
干加工刀具通常总是涂层,在刀具
性能方面起着重要作用。TiAIN涂层有
很好耐热性能和高温性能,它与TiN,
TiCN相比,由于添加了AI,从而使刀具
的抗氧化性能得到极大改善,非常适用
于高速加工和干加工。它的性能在高温
连续切削时,优于TiC约四倍。
2.干式加工的冷却和涓滑
干式加工时如果采用喷雾进行冷
却,那么采用切削液加工时的负面影响
此时就没有了。也就是意味着,刀具和
工件不用长时间冷却,切屑和刀具之间
的分离时间较短,而排屑显得比较困
难。解决这些不利因素的方法,可以通
过上面所说的刀具设计和涂层技术来
补救。尽管能有所改善,但有时还是不
够的,还须增加使用冷却和润滑。干式
加工中加入冷却或润滑也称为准干式
加工。实际应用的情况有:压缩空气或
冷风进行冷却,车削采用一20~C冷风:磨
削冷却方式用一30~C冷风及少量润滑
油;喷雾润滑,用于钻削。
3.干式加工酋应甩
干式加工意味着可以在钻削、车削
和镗削过程中不用切削液。这可以大大
节约成本和保护环境。目前,欧洲和日
本非常重视干式加工的研究,一般来
讲,减少切削液的使用可以节省 10%到
15%的加工成本。欧洲的工业界已经逐
渐意识到了干式加工的优势,在大批量
生产中,约有 10%到15%的加工已经采
用了干式NT。
(1)钻削。(1)钻头。为了能进行干
式加工,只采用热稳定性好的材料和优
化的刀具几何形状是不能达到目的的。
还需要隔热好的硬涂层,TiAIN与TiN
或TiCN相比较而言,是最好的隔热涂
层。钻头的材料一般采用细颗粒硬质合
金,在一些小直径情况下,可用HSS-C0。
②深孔钻。
(2)铣削。(1)超细颗粒硬质合金。
一 般为了实现干式加工,主要在涂层方
面进行开发研究。Sandvik公司已经为
干式加工专门设计了多种刀片,其中典
型的是带有较厚氧化铝涂层的刀片。②
陶瓷、CBN、PCD。
(3)镗削。在缸体的缸孔粗加工
中,为了提高加工效率,采用氮化硅陶
瓷刀片进行干加工。
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