前言 hl}iw_e  
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環(huán)境和資源問題是當今和未來人類社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展需要解決的問題。隨著高速加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，加工過程中使用的切削液用量越來越大，雖然切削液有利于降低切削溫度、延長刀具壽命、提高斷屑和排屑能力，但若將未經(jīng)處理的切削液直接排入江河湖海，就會破壞生態(tài)環(huán)境。此外，由于切削液的潤滑劑中含有大量亞硝胺、多環(huán)芳香烴和細菌分解產(chǎn)物，直接接觸將導致多種皮膚病、眼疾、呼吸系統(tǒng)疾病等，直接影響到操作者的身體健康。另據(jù)美國企業(yè)對加工成本的統(tǒng)計，在零件加工總成本中，切削液費用約占16%，而刀具的費用只占總成本的4%。近年來，世界各國為了貫徹環(huán)保政策、降低加工成本，大力研發(fā)及推廣應(yīng)用干式切削加工技術(shù)。到2003年德國制造業(yè)將有20%以上采用干切削技術(shù)，據(jù)測算:它的總制造成本就可降低1.6%以上，干切削技術(shù)已成為金屬切削加工的重要發(fā)展方向。本文在分析干切削加工特點的基礎(chǔ)上，提出了干切削對刀具、機床等工藝過程的具體要求，討論了干切削的具體應(yīng)用。 F)8M9%g5m  
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1 干切削加工中的刀具技術(shù) m>FP&~2  
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干切削加工是在沒有切削液的條件下創(chuàng)造具有與濕切相同或基本相近的切削條件。因此，刀具是否能承受干切削時巨大的切削熱是實現(xiàn)干切削的主要問題，一般可采取的措施有: F ?N+ __o  
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1.1.選擇適合干切削加工的新型刀具材料 R)ep1X^  
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刀具在切削加工過程中，要承受很大的壓力，同時，由于切削時產(chǎn)生的金屬塑性變形以及在無切削液的情況下刀具、切屑、工件相互接觸表面間將產(chǎn)生更強烈的摩擦，使刀具切削刃上產(chǎn)生極高的溫度和受到很大的應(yīng)力，在這樣的條件下，刀具將迅速磨損或破損，因此干式切削刀具材料應(yīng)具備更高的耐熱性和熱韌性，良好的耐熱沖擊性、抗粘結(jié)性及高的耐磨性。常用的有高韌性和高硬度兼?zhèn)涞?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=納米',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_10">納米級細顆粒硬質(zhì)合金，耐熱性和高耐磨性好的粘結(jié)硬質(zhì)合金，涂層硬質(zhì)合金，陶瓷及金屬陶瓷，立方氮化硼(CBN)，聚晶金剛石(PCD)等。近年來，還在Al2O3基體中添加20%～30%的SiC晶須，它能阻擋或改變裂紋發(fā)展方向，使刀具的韌性大幅度提高，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ母墒角邢骷庸び玫毒卟牧稀? hQb3 8W[  
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1.2.采用涂層技術(shù) Ll$,"}0T  
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對刀具表面進行涂層處理實際上類似于冷卻液的功能，它可產(chǎn)生隔熱層，使熱不會或很少傳入刀具，從而能在較長的時間內(nèi)保持刀尖的鋒利和堅硬。一般應(yīng)采用多層涂層，以達到最佳的熱防護，在常規(guī)涂層中TiAlN是干式加工中改善熱絕緣的首選涂層，但是常規(guī)采用的單層TiAlN涂層的附著性差，不具備最優(yōu)性能，在干式加工的動應(yīng)力下，單層TiAlN有產(chǎn)生裂紋破碎的傾向，會從刀具上剝落。多層TiAlN涂層，其組織可抑制表面層從刀具基體面上碎裂，對改進性能非常有效。德國Guhring公司的Firex多層硬涂層由不同的TiN和TiAlN的超薄涂層交替構(gòu)成，可得到很好的結(jié)果。 e6`g[Ap  
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目前，滑性“軟”涂層的研究和使用是干切削刀具涂層技術(shù)的另一主要發(fā)展趨勢。第一，采用新的沉積技術(shù)將硬質(zhì)合金、鋼甚至鋁作為涂層來降低摩擦系數(shù)。第二，采用“超軟”涂層，如德國的Guhring公司開發(fā)的“Movic”軟涂層工藝，它實質(zhì)上是固體潤滑劑(MoS2)和刀具相結(jié)合后在刀具表面形成了良好的滑動表面，因此具有較好的潤滑功能，在切削加工中可使切屑與刀具排屑槽之間產(chǎn)生的摩擦最小(一般只有0.01左右)�？捎行П苊夥e屑瘤的產(chǎn)生并能減小切削力和降低切削溫度，提高刀具耐用度。試驗表明:無涂層絲錐只能加工20個螺孔：采用TiAlN涂層的絲錐可加工1000個螺孔：用MoS2涂層后可加工4000個螺孔。第三，采用軟/硬組合涂層，即先在刀具上涂上“硬”涂層(如TiN)后再在其上涂上“軟“涂層(如MoS2)，采用這種組合涂層的鉆頭在鉆削灰鑄鐵發(fā)動機缸體上的深孔時，刀具壽命高達1600min，而硬涂層鉆頭，如TiN和TiCN涂層的鉆頭壽命只有19.6min和44min。另一種很有前途的涂層新工藝叫等離子注入，它是用“射入”金屬離子的辦法有效地形成點陣結(jié)構(gòu)，并可深入刀具基體內(nèi)部，這種方法能提高刀具硬度但不會改變其尺寸，這一點對精細刀具的干式切削尤為重要。 m!-R}PQC  
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1.3.合理選擇和刃磨刀具幾何的形狀 #1)#W6 h\  
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干切削加工中，由于缺少了切削液的潤滑和冷卻的主要作用，因此，有效散熱是實現(xiàn)干切削要解決的主要問題，優(yōu)化刀具幾何形狀時應(yīng)滿足:第一，減小刀具和工件的接觸面積，如，麻花鉆要減小倒錐度、刃帶及螺旋角。第二，為防治和阻斷積屑瘤的產(chǎn)生要在可能形成積屑瘤的表面有最充分的潤滑。 Zdfruzl&`  
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此外，干式切削使刀具切削刃承受著很大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，為增加切削刃強度在刃磨時一般宜采用油石珩磨，這可避免在干式加工的應(yīng)力作用下刀具可能出現(xiàn)的裂紋，磨損及崩刃。但對于刀具基體能產(chǎn)生較鋒利的切削刃的刀具，如:超細晶粒硬質(zhì)合金及金剛石刀具只應(yīng)少量珩磨。 ]mR!-Fqj  
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2.合理選擇配置機床 9Zj9e  
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用于干切削的機床應(yīng)主要考慮切削熱的散發(fā)及熱切屑和灰塵的排除。一般應(yīng)盡可能采用超高速機床，這種機床95%以上的切削熱會被切屑帶走，并可降低約30%左右的切削力，工件可基本保持在室溫狀態(tài)下進行加工。除此之外，機床結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于吸塵和排屑，在保證主軸、導軌等精密運動部件有良好的密封情況下，最好能采用真空吸塵裝置將懸浮顆粒及煙氣排出。若考慮到導軌防護蓋板和機床結(jié)構(gòu)，斜角朝上的方法或許是更有效。 gmUX 2x(  
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3.采用合理有效的冷卻方法 mufXM(  
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干式切削就是不用切削液，利用特定的刀具及其相關(guān)加工技術(shù)獲得理想加工效果的一種加工方法。就這從根本上解決了切削液造成的負面影響，但在有些加工場合排屑極為困難，刀具和工件難以充分冷卻，潤滑條件差，嚴重影響已加工表面質(zhì)量。為解決上述問題，必要時還可采用準干式切削方式，即在加工中采用風冷或微量冷卻潤滑等方法。干式切削時，可采用噴氣冷卻系統(tǒng)，它是一種低溫切削方法，它所使用的冷卻氣體是由液態(tài)氮或其他方式在熱交換器中冷卻過的，其溫度可低達-45℃，冷卻氣體直接噴射到切削區(qū)，并可根據(jù)加工要求調(diào)節(jié)氣體的溫度、流量參數(shù)以滿足加工要求。利用液氮的另外一種方法是間接利用，美國標準和技術(shù)國際研究所Evans利用液氮冷卻刀桿或夾具，用金剛石刀具切削不銹鋼時，加工表面粗糙度低于Ra0.025，并且大大減少了刀具的磨損。除此之外還可采用“切削液最小量”技術(shù)，即給切削過程很少量的切削液以達到降低切削溫度、及時排出切屑的目的。一般當機床工作在最佳條件時，切削液消耗量應(yīng)在50mL/h以下，而采用正常射流冷卻時的切削液耗量可能會超過6L/min。 *";O_
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準干式切削技術(shù)的最大好處在于，如果使用恰當，刀具、工件和切屑可保持干燥，這就避免了廢物處理的麻煩。目前，此技術(shù)多用于鑄鐵、鋼、鋁合金上進行鉆孔、鉸孔和攻絲加工以及深孔鉆削和鋁合金的端面銑削等。 mS?W+jy%  
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4.干切削加工技術(shù)的應(yīng)用 ~ugyUpY"  
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隨著刀具材料、涂層技術(shù)、刀具結(jié)構(gòu)和工藝裝備的發(fā)展及對環(huán)境管理和監(jiān)測有嚴格規(guī)定的ISO和JIS14000系列標準的出臺，美國、德國、日本等國家已對干切削進行了大量的研究并應(yīng)用于實際生產(chǎn)，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。為了在今后國際機械行業(yè)競爭中立于不敗之地，我國一些科研所也已經(jīng)開展并取得了一定的成果。目前，干式切削已應(yīng)用于鑄鐵、鋁、鎂及鋼、高合金和鈦、鋁合金等材料的切削加工。 ET0^_yk  
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鑄鐵材料是典型的干式切削加工材料，美國LeBLond MaKino公司研發(fā)的“紅月牙”(Red Crescent)鑄鐵干式切削技術(shù)就是利用陶瓷和CBN刀具進行高速加工。由于其切削速度和進給量很高，產(chǎn)生的熱量很快聚集在刀具前端，使該處的工件材料達到紅熱狀態(tài)，其屈服強度下降，可將金屬切除率由16cm3/min提高到149cm3/min，極大地提高了切削加工效率。 QTIC5cl,  
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德國Guhring公司的M-涂層鉆頭，即在硬涂層外面再加一層軟涂層的鉆頭與采用TiAlN涂層的鉆頭在相同切削條件下壽命可提高近一倍。 +.J/7gD  
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日本堅藤鐵工所開發(fā)的KC250H型干式滾齒機，采用硬質(zhì)合金滾刀，冷風冷卻，微量潤滑劑潤滑，進行了高速滾齒，與傳統(tǒng)的高速鋼滾刀的濕式滾齒機(KA220型)相比，加工速度提高了2.3倍，齒輪精度也得到了明顯提高。 o?| ]ciY  
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我國哈爾濱理工大學機械系對干式切削GCr15材料進行了一定的研究，并通過對不同硬度GCr15的切削力、切削濕度、已加工表面質(zhì)量的切削試驗研究，得到了被加工材料硬度對上述各量以及切屑形態(tài)、硬度、變形系數(shù)的影響規(guī)律，提出了臨界硬度的概念，并得到了50HRC為區(qū)分硬態(tài)切削與普通切削GCr15的臨界硬度。 e_+SBN1`P&  
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5.總結(jié) R ~?