干式切削及不同涂层材料刀具的选用

干切削是切削加工的发展方向

就在二十年前,切削液曾是非常便宜,在大多数加工过程的成本中,其所占比例不到3%。以至没有谁会对此多加注意。可是,现在不一样了,切削液在车间生产成本中所占比例上升为15%,这就不得不引起生产经营者的极大关注。

特别是那些含油的切削液已经成为一项很大的支出。更重要的是它的排放污染环境,国外环保部门要监控这些混合制剂的处理。而且,许多国家和地区也把它们划归为危险废物,如果其中含有油和某些合金,还要采取更为严厉的控制措施。再有,许多高速加工工序加了切削液会产生烟雾,环保部门也限制切削液烟雾释放量要在允许范围内,职业安全和职工健康管理部门为了降低切削液烟雾排放允许值,正在考虑一项咨询委员会的建议。其中包括制定比较高的切削液的价格政策。因此,越来越多的厂家开始采用干切,以避免这笔费用和与切削液处理相关连的麻烦。

以前,金属加工行业使用切削液已形成"习惯",所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力,他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。也有许多人认为变湿切为干切,费用可能会更高。其实两种看法都不对。对于多数金切件,干切应该是"标准加工环境"。在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能,而且更经济。关键是要知道如何正确地选择刀具、机床和切削方法。尽管切削液在有些场合还是需要的,可是研究表明:由于今天的刀具材料有了很大发展,情况也在不断的变化。新的硬质合金牌号特别是那些涂层牌号,在高速、高温的情况下不用切削液,切削效率更高。事实上,对于间断切削,切削区温度越高,越不适合用切削液。

先来看看铣削,假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力,那它在到达切削区之前也就已经蒸发了,它的冷却效果是很小的甚至没有。而应用切削液刀具会产生温度的激烈变化,铣刀刀片自工件切出时冷却,再切入时温度又上升。尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生,但是加了切削液这种温度变化要大得多。温度急剧变化在刀片中产生应力,会导致裂纹的产生。

类似的情况在车削中也会出现,例如用非涂层硬质合金,在速度高于130m/min时,车削中碳钢,刀尖切入工件不到40秒,然后暴露在冷却液中,就能很明显地表现出热冲击的损害。这种热冲击加快了月牙洼磨损和后面磨损,从而大大地缩短刀具寿命。对于大多数车削加工,干切通常能延长刀具寿命。

然而,对于钻削则是另一种情况。钻削时切削液是必要的,因为它提供了润滑和从孔中冲出切屑。没有切削液,切屑可能粘在孔内,并且表面粗糙度平均值(Ra)可能达到湿钻时的两倍。在这种情况下,切屑液也能减少所需的机床扭矩,因为钻头边缘上与孔壁接触的点得到润滑。尽管涂层钻头也能够起到类似切削液的润滑效果,涂层还能减少切削力并能使磨擦阻力趋向最小。从总的效果来看,目前还不能完全代替切削液。用哪种型号的切削液要根据具体情况,润滑性切削液用于低速加工难加工材料以及表面粗糙度要求较高时比较好。而冷却能力较高的切削液,可以增强易切削材料高速加工性能,可以用于有产生积屑瘤倾向或有严格的尺寸公差的情况下。

可是许多时候用了切削液取得了某些效果,但它需要很高的额外费用,也带来非常有害的环境污染,这是不值得的。应该看到,现代的切削刀具能承受更高的切削热,具备高速切削所需的性能。必要时可以用压缩空气从切削区吹走热的切屑,以取代切削液。

在干式切削中刀具材料的选用

高速干式切削最好的涂层是氮铝钛

现今,切削液通常不再必要的重要原因是有了涂层。它们通过抑制从切削区到刀片(刀具)的热传导来减缓温度的冲击。涂层的作用就象一层热屏障,因为它有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数。因此,这些刀具吸收的热量较少,能承受较高的切削温度。无论是车削还是铣削,涂层刀具都允许采用更高效的切削参数,而不会降低刀具寿命。

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