1干切削(DryCutting)技術(shù)簡介

　　干切削技術(shù)是為適應(yīng)全球日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而發(fā)展起來的一項(xiàng)綠色切削加工技術(shù)。1995年干切削的科學(xué)意義被正式確立，1997年在國際生產(chǎn)工程研究會(huì)(CIRP)年會(huì)上.德國Aachen工業(yè)大學(xué)的F.Klocke教授作了“干切削”的主題報(bào)告;1999年1月在美國國家科學(xué)基金“設(shè)計(jì)與制造學(xué)科”受資助者會(huì)議上，國際著名的刀具制造廠MAPAL公司的總裁B.P.Erdel博士也作了有關(guān)美國干切削發(fā)展的主題報(bào)告;在高速干切削方面，美國Makino公司提出“紅月牙”(Red Crescent)干切削工藝。其機(jī)理是由于切削速度很高，產(chǎn)生的熱量聚集于刀具前部，使切削區(qū)附近的工件材料達(dá)到紅熱狀態(tài)，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度明顯下降，從而提高材料去除率。目前主要采用PCBN和陶瓷等刀具來實(shí)現(xiàn)這種工藝。

　　干切削技術(shù)已經(jīng)在各國工業(yè)界和學(xué)術(shù)界引起廣泛的關(guān)注。目前包括歐洲、美國和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，非常重視于切削的研究，于切削技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到了生產(chǎn)領(lǐng)域，這與這些國家的工業(yè)基礎(chǔ)雄厚和環(huán)保法規(guī)特別嚴(yán)格有一定的關(guān)系。其中德國企業(yè)尤為普遍，在大批量生產(chǎn)中，已有20%的加工采用干切削技術(shù)，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，世界許多知名的機(jī)床廠商在他們的產(chǎn)品目錄中都有干切削機(jī)床加工中心。日本在干切削方面也進(jìn)行了大量研究，最近他們已開發(fā)成功幾種不使用切削液的干式加工中心。在其中的一種機(jī)床上，裝有液氮冷卻的干切削系統(tǒng)，從空氣中提取高純度氮?dú)?。在常溫下?—6個(gè)大氣壓的壓力將液氮送往切削區(qū)，可順利實(shí)現(xiàn)干切削。

　　我國干切削技術(shù)的研究起步較晚。成都工具研究所、山東工業(yè)大學(xué)和清華大學(xué)等單位對(duì)超硬刀具材料(如陶瓷、立方氮化硼、金剛石等)及刀具涂層技術(shù)進(jìn)行過系統(tǒng)的研究，并取得了不少的研究成果。我國陶瓷刀具目前已形成了一定的生產(chǎn)能力。這些都為干切削技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了初步的技術(shù)基礎(chǔ)。北京機(jī)床研究所開發(fā)成功的KT系列加工中心能實(shí)現(xiàn)高速干切削。但總的來說，我國在于切削理論研究方面和國外還存在較大的差距，有待于我們今后加快研究與推廣應(yīng)用。

　　2干切削的特點(diǎn)及其適用條件

　　干切削技術(shù)是為適應(yīng)全球日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而發(fā)展起來的一項(xiàng)綠色切削加工技術(shù)。其特點(diǎn)：

　　(1)切屑干凈清潔無污染，易于回收和處理。

　　(2)省去了切削液傳輸，回收，過濾等裝置及相應(yīng)的費(fèi)用，簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本。

　　(3)省去了切削液與切屑的分離裝置及相應(yīng)的電氣設(shè)備。機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，減少占地面積。

　　(4)不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。

　　(5)不會(huì)產(chǎn)生與切削液有關(guān)的安全事故及質(zhì)量事故。

　　干式切削是一種在加工過程中不使用切削液的加工方法。但不是簡單地停止使用切削液，而是要在停止使用切削液的同時(shí)，保證高效率、高產(chǎn)品質(zhì)量、高的刀具耐用度以及切削過程的可靠性，這就需要用性能優(yōu)良的干切削刀具、機(jī)床以及輔助設(shè)施替代傳統(tǒng)切削中切削液的作用，來實(shí)現(xiàn)真正意義上的干切削。干式切削得以實(shí)施的必要條件：

　　(一)干式切削的刀具技術(shù)

　　(1)刀具應(yīng)具有優(yōu)異的耐熱性能(高溫硬度)與耐磨性能。

　　(2)盡量減小刀具與切屑問的摩擦系數(shù)。

　　(3)減少對(duì)切削液排屑作用的依賴。

　　(二)干式切削的機(jī)床技術(shù)

　　切削熱傳出和切屑、塵埃的排出要迅速。

　　(三)干式切削的工藝技術(shù)

　　應(yīng)特別注意刀具材料與工件材料間的合理匹配。

　　3干式切削加工的應(yīng)用

　　(1)從加工方法上看，車削、銑削、滾齒等加工應(yīng)用干式切削較多。我們以銑削加工為例，分析干式切削在銑削中的應(yīng)用。

　　一般情況下我們習(xí)慣于在銑削中尤其是在立銑加工中加注冷卻液，但在銑削中加注冷卻液會(huì)使刀具產(chǎn)生溫度的激烈變化，銑刀刀片自工件切出時(shí)冷卻，再切人時(shí)溫度又上升。溫度急劇變化在刀片中產(chǎn)生應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。盡管在干銑時(shí)也有加熱和冷卻循環(huán)產(chǎn)生，但相比之下要小得多，而且這可以通過合理選擇刀具材料、結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)得到解決。對(duì)于銑削加工采用干式切削可以得到比濕式切削更理想的切削效果。以下是干式、濕式銑削加工對(duì)比的典型應(yīng)用實(shí)例：涂層硬質(zhì)合金F20M干銑不銹鋼閥門座(工件材料：CF一8M，不銹耐酸鑄鋼)。

　　某廠在加工不銹鋼閥門座底面時(shí)原先采用SECO公司的T25M(CVD涂層)刀片，濕式粗銑和精銑，由于生產(chǎn)批量的急劇上升，刀具壽命的矛盾就顯得比較突出。最后采用SECO公司的F20M(PVD物理涂層)刀片干式粗銑，刀片型號(hào)為OFEN07040STN—D18(斷屑槽為D18，難加工型)。其結(jié)果是刀具壽命大幅度提高(見表1)。分析其原因，是由于切削力和切削溫度的變化關(guān)系是一根駝峰曲線。當(dāng)切削溫度高至超越駝峰時(shí)，隨著切削溫度的進(jìn)一步提高，切削力會(huì)下降，使得切削變得相對(duì)容易，故刀具壽命提高。而如果在此時(shí)加入冷卻液，會(huì)使切削區(qū)溫度下降，導(dǎo)致切削力上升，磨損加劇，使刀具壽命降低。

　　表1 干式、濕式銑削加工對(duì)比表

　　(2)就工件材料而言，鑄鐵由于熔點(diǎn)高、熱擴(kuò)散系數(shù)小，最適合進(jìn)行干切削。Spur和Lachmund陶瓷刀具和CNB刀具高速切削鑄鐵的試驗(yàn)結(jié)果表明，由于CNB具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，能快速帶走工件的熱量，因此CNB刀具比陶瓷刀具更適合鑄鐵材料的高速切削。例如：PCBN刀具已成功運(yùn)用于上海通用汽車公司新建成的發(fā)動(dòng)機(jī)柔性生產(chǎn)線上，干式銑削灰口鑄鐵缸體平面，銑削速度可達(dá)1600m/min，切削參數(shù)： ，刀具壽命：170件，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的加工效率。

　　(3)低溫干切削是利用低溫流體如液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳和冷風(fēng)等噴向加工系統(tǒng)的切削區(qū)域，造成切削區(qū)的局部低溫或超低溫狀態(tài)，利用工件在低溫條件下產(chǎn)生的低溫脆性，提高工件的切削加工性、刀具壽命和工件表面質(zhì)量。根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，低溫切削可分為冷風(fēng)切削和液氮冷卻切削。低溫冷風(fēng)切削法是通過向刀尖的加工部位噴一20℃一一30℃(甚至更低)的低溫氣流，并混入微量的植物性潤滑劑(每小時(shí)10—20m1)，從而起到降溫、排屑、潤滑的作用。低溫冷風(fēng)切削與傳統(tǒng)切削相比，能夠提高加工效率，改善工件表面質(zhì)量，而且對(duì)環(huán)境幾乎無污染。日本安田工業(yè)公司的加工中心采用在電機(jī)軸、刀桿軸的中心插入絕熱風(fēng)管的結(jié)構(gòu)，使用一30℃的低溫冷風(fēng)直接通向刀刃。該結(jié)構(gòu)大大改善了切削條件，有利于低溫冷風(fēng)切削加工工藝的實(shí)施。日本橫川和彥教授對(duì)車削和銑削中的冷風(fēng)冷卻進(jìn)行了研究。在銑削試驗(yàn)中，分別采用水基切削液、常溫風(fēng)(+10℃)和冷風(fēng)(一30℃)三種條件進(jìn)行比較，結(jié)果表明，采用冷風(fēng)切削時(shí)刀具耐用度顯著提高。在車削試驗(yàn)中，冷風(fēng)(一20℃)切削時(shí)刀具磨損率比常溫風(fēng)(+20℃)切削時(shí)顯著下降。

　　4結(jié)論

　　干式切削加工是一種理想的清潔制造工藝方法。國外對(duì)干式切削加工的研究和應(yīng)用已比較廣泛，我國在此項(xiàng)技術(shù)上同國外相比有很大的差距。但以上的成功應(yīng)用實(shí)例可以表明，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，干式切削加工在我國是可以實(shí)現(xiàn)的，并隨著在車削和銑削中的廣泛應(yīng)用，必將推動(dòng)在其他加工方法中的應(yīng)用。當(dāng)然，干式切削技術(shù)的發(fā)展，必須依托于先進(jìn)的刀具結(jié)構(gòu)和刀具材料。相信隨著干式切削技術(shù)的深入研究和推廣應(yīng)用，我國的切削加工效率和加工質(zhì)量都將達(dá)到一個(gè)新的水平。