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制造業(yè)是產(chǎn)生工業(yè)污染的主要來源之一，其中傳統(tǒng)加工所使用的切削液給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。隨著人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，尤其是環(huán)境保護(hù)法規(guī)的嚴(yán)格實施，對制造業(yè)產(chǎn)生的環(huán)境污染提出了更高的要求。一種能減少對環(huán)境污染、節(jié)約資源和能源的綠色制造技術(shù)——干切削加工技術(shù)，越來越受到人們的重視。近年來，許多發(fā)達(dá)國家在工廠條件允許的情況下正積極地采用干式切削加工技術(shù)，以達(dá)到減少切削加工的潤滑污染、降低加工成本的目的。

1 干式切削加工相關(guān)技術(shù)

干式切削加工技術(shù)是在無冷卻或少許潤滑油、劑的條件下，采用高切削速度進(jìn)行切削加工的方法。在于式切削條件下，失去切削液、冷卻、清洗、排屑的作用，切削條件非常惡劣。在切削區(qū)域會產(chǎn)生大量的切削熱將無法及時的散發(fā)，溫度和切削力大幅度上升，摩擦力增大，刀具磨損加快，生產(chǎn)效率降低。因此要使干式切削加工工藝得到很好地推廣，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，克服其缺點，就必須要很好地解決干式切削加工相關(guān)地技術(shù)難題。

1. 刀具結(jié)構(gòu)

   干式切削刀具應(yīng)滿足以下要求：

   1. 刀具材料應(yīng)有良好的耐熱性和耐磨性；

   2. 切屑及刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能??；

   3. 刀具的結(jié)構(gòu)要保證排屑流暢與散熱；

   4. 刀具應(yīng)有高的強(qiáng)度和抗沖擊韌性。

   圖1 熱管式車刀

   圖2 熱管式銑刀

   圖3 ALPHA22鉆尖結(jié)構(gòu)

   刀具結(jié)構(gòu)為了保證干式切削對斷屑、排屑及自冷卻的要求，必須對刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。如：

   1. 在切削力較小的情況下，可采用大前角和大圓度切削角；

   2. 采用負(fù)前角或前后刀面凸起，以延緩月牙哇對刀刃的損傷；

   3. 增大負(fù)刃傾角，改善刀刃及刀頭的切入狀態(tài)，提高刀具的抗沖擊和抗熱震能力。

   圖1為熱管式車刀結(jié)構(gòu)、圖2為熱管式銑刀結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點是在車刀的刀體和銑刀的每個刀齒內(nèi)部制成空心的熱管，配以冷氣系統(tǒng)，可把大量的切削熱量帶走。圖3為德國TITEX公司開發(fā)的干式深孔鉆頭“ALPHA22”鉆尖結(jié)構(gòu)。該鉆頭刀刃經(jīng)過專門優(yōu)化設(shè)計，以減少刀具與工件間的接觸強(qiáng)度。

   
   

2. 刀具材料

   近幾年，高硬度材料的出現(xiàn)，為干式切削提供了可能。目前應(yīng)用于干式切削加工的刀具材料主要是：超細(xì)硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、金剛石與氮化硼等超硬度材料。

   1. 超 細(xì) 硬 質(zhì)合金可以提高普通硬質(zhì)合金的韌性，具有很好的耐磨性和耐高溫性，可用于制作大前角的深孔鉆頭、刀片作銑削和鉆削的干式加工。

   2. 立方氮化硼(CBN)材料的硬度高，達(dá)3，200～4，000HV，僅次于金剛石、熱傳導(dǎo)率好，達(dá)1，300W/MK、具有良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性，在1，200℃下熱穩(wěn)定很好。采CBN刀其用于加〔鑄鐵，可大大提高切削速度、用于加工粹火鋼，可以以車削代替磨削。

   3. 聚晶金剛石(PCD)刀具硬度高，可達(dá)7，000～8，000HV，熱導(dǎo)率可達(dá)2，100 W/MK，線膨脹系數(shù)小。PCD刀具切削時產(chǎn)生的熱能很決從刀尖傳遞到刀體，從而減少刀具熱變形引起的加工誤差。PCD刀具適用于干式加工銅、鋁及鋁合金工件。

   4. 涂層硬質(zhì)合金刀具很適合干式切削加工。涂層的作用主要是在刀具與切削材料之間形成隔熱層，抑制切削的熱沖擊，減少摩擦系數(shù)，減少刀具的磨損。刀具涂層厚度為1～5μm。涂層的材料有TiC， TiAlN， TiCN等，其中TiAlN具有較好的耐熱性能和高溫性能，其高溫連續(xù)切削性能是TiC涂層的4倍，高溫硬度高于TiN。表1是SECO公司用涂層刀具進(jìn)行干式銑削的情況。

   
   

3. 低溫冷風(fēng)切削

   低溫冷風(fēng)切削的概念是由日本人橫川和尹首先提出來的是一種在-10～-100℃冷風(fēng)冷卻和非常微量的植物油潤滑條件下進(jìn)行干式切削的技術(shù)。有關(guān)研究表明，在刀具表面涂一層薄薄的植物油，在切削加上點進(jìn)行低溫冷風(fēng)冷卻，其干式加工的效果很理想。如，在切削條件為：工件直徑：?92～?98mm；切削速度45.1～48.Om/min；進(jìn)給O.5mm；切削余角：45°；刀具：刀具半徑RO.4mm， SKH高速鋼不重磨刀片的試驗結(jié)果：以刀具后刀面磨損寬度達(dá)0.2mm為評價嚴(yán)重磨損的指標(biāo)的話，完全干式切削時刀具切削長度為1000mm、只供給Acc-Lube精密潤滑油的刀具切削長度為1500mm、只用-12℃的冷風(fēng)，切削長度為2000mm、在供給-12℃冷風(fēng)的同時，在切削部位注入1ml/h的Acc-Lube精密潤滑油，切削長度為4000mm。

   表1 涂層硬質(zhì)合金刀片的應(yīng)用

   刀具種類	涂層材料	適用的加工材料
   T150M	Ti(C、N)+Al203	灰口鑄鐵、球墨鑄鐵
   T250M	TiC，Ti(C、N)+TiN	碳鋼、不銹鋼
   F20M	Ti(C、N)+(Ti、Al)N+TiN	不銹鋼
   F40M	Ti(C、N)+(Ti、Al)N+TiN	不銹鋼

   
   

4. 氣霧潤滑切削

   氣霧潤滑是采用一定的噴射冷卻裝置，將冷卻液霧化為毫米級的氣霧，不斷噴射到刀具表面進(jìn)行潤滑的切削加工。其工作原理是把冷卻液通過噴射裝置與空氣充分混合，并且，在高壓下通過多孔噴射出內(nèi)噴嘴形成冷卻循環(huán)、外噴嘴形成氣柱，對刀具進(jìn)行冷卻與潤滑。該方法能節(jié)約大量的冷卻液，其冷卻液用量在50ml/h以下。在鋼加工和孔深為5倍以上的孔加工中采用此辦法效果很好。

   
   

2 干式切削加工的應(yīng)用

在一般的切削加工中，由于切削力和金屬變形將在切削區(qū)產(chǎn)生很高的切削熱，必須用冷卻潤滑劑對刀其進(jìn)行冷卻。但是，如果采用上述技術(shù)措施，如，改進(jìn)刀具材料與結(jié)構(gòu)、改變冷卻形式、及時排除切屑等，完全能實現(xiàn)干式切削加工。如美國Makino公司的“紅月牙”干式加工技術(shù)，該技術(shù)采用高切削速度和大進(jìn)給加工鑄鐵，使熱量很快聚集在切削刀具前端，刀具前端形成紅熱狀態(tài)，工件加工區(qū)域形成370℃左右的高溫，此時，工件的屈服強(qiáng)度減小，從而使切削效率大大的增大在通常情況下，加工鑄鐵的切削速度為914～1219m/min、切除率16cm³/min而采用“紅月牙”干式切削工藝切削速度將能達(dá)到1828～3048m/min，切除率達(dá)49cm³/min。與此同時由于工件的屈服強(qiáng)度、切削阻力減小提高了主軸入口的夾緊力，簡化了復(fù)雜工件的加工過程。如，LeBlong公司在一臺加工中心上僅用三種夾具就完成了V8缸體的全部加工，取代了26工位的傳輸線。

3 結(jié)束語

干式加工與濕式加工相比，不但提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且有利于環(huán)保，是一種理想的，清潔的金屬切削加工方法。我國的干式切削加工技術(shù)同國外相比還有較大的差距，隨著干式切削加上技術(shù)在我國金屬切削加工中的推廣，尤其是在車削銑削中的廣泛應(yīng)用，必將提高我們的切削加工效率，降低生產(chǎn)成本、提高零件的切削加工質(zhì)量。

文章來源：中國刀具信息網(wǎng)