環(huán)保技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

干式切削加工技術(shù)開(kāi)發(fā)的主要思路

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#技術(shù)開(kāi)發(fā)

1. 噴霧的生成及供給技術(shù)
   通過(guò)對(duì)所有切削加工方法的分析表明，噴霧的生成和供給技術(shù)十分重要。該技術(shù)的相關(guān)課題見(jiàn)下表。
   分類(lèi) 項(xiàng)目 噴霧生成

   不受刀具規(guī)格影響的穩(wěn)定的噴霧生成；

   提高噴霧生成量；

   控制噴霧量和噴霧壓力

   噴霧供給

   控制管道內(nèi)噴霧的凝結(jié)；

   降低噴霧壓力損失

   維修保養(yǎng)和管理

   噴霧生成狀態(tài)監(jiān)控、異常狀態(tài)檢測(cè)

   表 噴霧生成供給的課題

   一般情況下，噴霧是在文丘里(Venturi)噴管部分借助空氣壓力把油吹散而生成的。噴霧的生成能力主要與文丘里噴管前后的空氣壓力差(以下稱差壓)有關(guān)。但由于小直徑刀具的油孔(以下為O/H)直徑小而不能確保充足的差壓，噴霧量下降很大。為克服這一缺點(diǎn)，有時(shí)將部分噴霧(只限空氣部分)排放，以確保足夠的差壓，但要浪費(fèi)空氣。此外，由于是離散控制，不能進(jìn)行每種刀具的準(zhǔn)確控制，由于O/H斷面積不同而導(dǎo)致差壓發(fā)生變化，噴霧量就很不穩(wěn)定。為解決這一問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出靠從橫向吹散油劑的結(jié)構(gòu)，以確保即便在較小差壓條件下，也能獲得大噴霧能力的特殊的文丘里和即便在不同O/H斷面積條件下，也能保持差壓恒定(穩(wěn)定)的新技術(shù)(見(jiàn)圖4)，該技術(shù)的特點(diǎn)是不受刀具規(guī)格的限制，能穩(wěn)定地確保噴霧潤(rùn)滑劑的供給。此外，該技術(shù)在廢除彎管接頭配管后，采用空氣增加器和中間緩沖措施，實(shí)現(xiàn)了最大限度地減少噴霧潤(rùn)滑劑的壓力損失及潤(rùn)滑劑的凝結(jié)，提高了排屑性能。

   
   材料:ADC12，f5×15，p=0.4MPa，q=30ml/h
   v=157m/min，f=0.2mm/r，F(xiàn)=2000mm/min
   圖5 即將折斷前刀尖的磨損情況

   
   圖6 刀尖溫度和能否加工的關(guān)系

   
   圖7 鉆頭折斷過(guò)程的推測(cè) 

    
2. 鉆削加工
   由于鉆削加工單位時(shí)間內(nèi)切屑的切除體積大，所以散熱性很差。現(xiàn)以M6的底孔為例，其目標(biāo)值進(jìn)給速度設(shè)定為6000mm/min。在開(kāi)始基礎(chǔ)試驗(yàn)中，由于切屑粘刀造成切屑在鉆溝中堵塞而導(dǎo)致鉆頭折斷(見(jiàn)圖5)。在提高轉(zhuǎn)數(shù)度試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鉆削能否正常進(jìn)行與鉆尖的溫度密切相關(guān)(見(jiàn)圖6)，根據(jù)圖7所示，為此對(duì)鉆尖折斷的過(guò)程進(jìn)行推測(cè)，把鉆頭溫度作為評(píng)價(jià)的項(xiàng)目之一進(jìn)行了研究。
   
   圖8 噴霧冷卻劑供給方式
   材料:ADC12，f5×15，p=0.4MPa
   q=30ml/h，v=157m/min
   f=0.4mm/r，F(xiàn)=4000mm/min
   圖9 不同噴霧冷卻方式對(duì)刀尖溫度影響的比較
   圖10 鉆頭參數(shù)對(duì)鉆頭溫度的影響
   #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#材料:ADC12，f5×15，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=157m/min
   f=0.35mm/r，F(xiàn)=3500mm/min
   圖11 合理修磨橫刃的效果供給方式
   材料:ADC12，f5×15，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=57m/min
   f=1mm/r，F(xiàn)=3000mm/min
   圖12 刀具磨損量比較
   通常，噴霧冷卻劑是從鉆頭部分噴出，但實(shí)際鉆削時(shí)間很短，只有在這段時(shí)間，噴霧冷卻劑才起作用。此外，冷卻劑噴射到鉆頭溝槽內(nèi)可抑制粘刀，但切屑的不利影響依然存在。因此，把冷卻劑供給的結(jié)構(gòu)做成也可從鉆頭外周?chē)娚淅鋮s劑的結(jié)構(gòu)形成(見(jiàn)圖8)，我們把這種模式稱作“通過(guò)鉆頭排屑溝模式”，其彈簧夾頭孔部形成溝道，鉆頭柄部形成溝道、孔等的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)不同的切削加工方法，其結(jié)構(gòu)形式也有所不同。采用這樣的結(jié)構(gòu)形式，利用接近、軸移動(dòng)等非切削時(shí)間可使霧狀冷卻劑粘附在鉆溝上，可獲得霧狀冷卻劑的冷卻效果(見(jiàn)圖9)。但應(yīng)注意的是，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，就不能獲得充分的冷卻潤(rùn)滑效果，相反還會(huì)出現(xiàn)阻礙切屑的排出。
   為了確定合理的刀具形狀，對(duì)不同的刀具幾何參數(shù)形狀對(duì)刀尖溫度的影響進(jìn)行了調(diào)查(見(jiàn)圖10)，調(diào)查結(jié)果表明，橫刃修磨、芯厚和油孔(O/H直徑)對(duì)鉆尖溫度影響大，其中橫刃修磨的影響最大。盡管橫刃部分的切削性能不好，但修磨成3個(gè)前傾面可使切屑排出通暢(見(jiàn)圖11)。由此可知，充分注意切屑的流動(dòng)性至關(guān)重要。
   對(duì)鉆頭進(jìn)行涂層處理可改善切屑粘刀。涂層材料有很多，但效果好的涂層是DLC(Diamond Like Carbon)涂層和超微細(xì)結(jié)晶金剛石涂層(晶粒直徑1µm左右，比普通金剛石涂層表面更光滑)。特別是超微細(xì)結(jié)晶金剛石涂層的效果更佳，即使F=10000mm/min，也不會(huì)產(chǎn)生粘刀。然而這兩種涂層在結(jié)合強(qiáng)度、成本等方面還存在一些需解決的難題，有待以后加以解決。
   由于新增了以上技術(shù)(涂層除外)，能夠達(dá)到F=6000mm/min的進(jìn)給速度。由大量生產(chǎn)中鉆頭磨損的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖12(在此例中因工件剛性小，鉆頭長(zhǎng)，進(jìn)給速度有所降低)，由圖可知，半干式鉆削磨損小，可實(shí)現(xiàn)良好的鉆削效果。
   

   
   材料:ADC12，M6，深度12mm，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=157m/min
   f=0.35mm/r，F(xiàn)=3500mm/min
   圖13 絲錐形狀引起小崩損量的變化

   
   材料:ADC12，M6，深度12mm，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=157m/min
   f=0.35mm/r，F(xiàn)=3500mm/min
   圖14 噴霧冷卻劑供給方式對(duì)形狀誤差的影響

   
   圖15 絲錐磨損量和牙型 

    

    

    

3. 螺紋加工
   在螺紋加工中，有切削加工法、搓制法和銑制法。下面介紹的是關(guān)于螺紋加工的研究開(kāi)發(fā)實(shí)例，其目標(biāo)是使螺紋加工精度達(dá)到JIS2級(jí)、牙形優(yōu)于濕式加工的牙形、進(jìn)給速度F=3000mm/min。
   螺紋加工的技術(shù)課題是控制由于切削性能低下而產(chǎn)生擠裂切削，把擠裂切削將發(fā)生前的牙形放大后觀察，右牙形面的小崩損量比濕式切削大。高速螺紋加工采用螺旋絲錐，其切削刃的工作前角為負(fù)前角，切削性能差，在濕式攻絲時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，但在半干式切削時(shí)就有很大影響。因此，用試驗(yàn)方法對(duì)不同螺旋角和前角導(dǎo)致小崩損量的變化情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其結(jié)果是螺旋角小、前角大，可大幅度減少崩損量(見(jiàn)圖13)。另外，采用前節(jié)所述的合理的刀具內(nèi)外同時(shí)供給噴霧冷卻劑的方法，在盲孔和通孔攻絲時(shí)都能得到良好的螺紋牙形(見(jiàn)圖14)。由大量生產(chǎn)加工刀具磨損的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖15，由圖可知，其磨損量比濕式攻絲還小，且螺紋牙形也很好。
   #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
   材料:ADC12，f18.4×12，p=0.4MPa，q=30ml/h
   v=178m/min，f=0.1mm/r，F(xiàn)=300mm/min
   圖16 基礎(chǔ)試驗(yàn)中產(chǎn)生的粘屑狀況
   圖17 刀具開(kāi)發(fā)
4. 鉸削加工
   下面介紹的是關(guān)于一次將大加工余量孔完成鉸削加工的研究開(kāi)發(fā)實(shí)例(f2mm左右)，其目標(biāo)是使孔的表面粗糙度達(dá)到3.2Rz，圓度為0.05，進(jìn)給速度為F=2000mm/min。鉸削加工的技術(shù)課題是抑制刀尖和深孔鉸刀導(dǎo)向塊的粘屑。將硬質(zhì)合金拋光鉸刀進(jìn)行基礎(chǔ)試驗(yàn)后的刀具磨損狀況示于圖16。鉸削加工要求獲得高精度的加工質(zhì)量，因此，即使是極小的粘刀，也會(huì)影響鉸孔的質(zhì)量。為了抑制切削刃產(chǎn)生粘刀，對(duì)鉸刀的螺旋角、涂層和切削刃的材質(zhì)等進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，切削刃材料采用合成金剛石的效果最佳。
   過(guò)去，深孔鉆的導(dǎo)向塊和已加工面接觸能確保良好的圓度和表面粗糙度，因此，硬質(zhì)合金部分和已加工表面接觸能抑制粘屑，把切削刃做成有刃帶的結(jié)構(gòu)而形成臺(tái)階式多刃表面，讓只有刃帶部分接觸已加工面，這樣可降低形成已加工面的切削刃負(fù)荷，確保良好的導(dǎo)向性和提高加工精度(見(jiàn)圖17)。
5. 設(shè)備
   在干式切削加工中，設(shè)備、切屑處理很重要。在干式切削加工中，由于沒(méi)有切削液沖洗排屑，切屑易在夾具、床身上產(chǎn)生堆積及粘附在刀具基準(zhǔn)面上而發(fā)生支承異常。為解決這些問(wèn)題，從設(shè)備制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格階段就應(yīng)考慮到干式切削加工，應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的床身、導(dǎo)軌、夾具及防護(hù)罩等。具體來(lái)說(shuō)就是要進(jìn)行在產(chǎn)生切屑的正下方設(shè)置切屑回收中心槽、設(shè)置工件裝卸時(shí)吹去基準(zhǔn)面上切屑的空氣噴射裝置及對(duì)夾具、切屑防護(hù)罩進(jìn)行潤(rùn)滑性涂層處理等。但在自動(dòng)傳送線方面，還有開(kāi)發(fā)機(jī)內(nèi)清洗裝置的課題。