干切削加工及其措施

切削液的使用必须符合环保要求,为此人们进行了大量的探索与研究,如开发新型切削液、加强切削液管理、采用切削废液处理技术以及改进冷却方法等,试图减小使用切削液所带来的不利影响,但都未能取得很满意的效果。而要从根本上消除传统切削液带来的不利因素,干切削(DryCutting)是一种可行的方法。本文结合当前国内外在干切削加工技术方面的经验,分析了影响干切削加工的因素,在此基础上探讨了实现干切削加工的一些措施,最后简要介绍了国内外对干切削加工的研究与应用情况。

1影响干切削加工的因素

干切削是指在切削加工中不使用切削液的工艺方法。它从源头上消除了切削液带来的一系列环境负面效应,主要具有如下特点:(1)形成的切屑洁净、无污染、易于回收和处理；(2)省去了与切削液有关的供应、回收、过滤等有关装置的购买及保养费用,以及与切屑、切削液处理有关的费用,既简化了生产系统,又节约了生产成本；(3)不污染环境,工厂无需承担切削废液污染责任,也不会发生与切削液有关的安全及质量事故。

然而在加工中若不使用切削液,会使切削状态进一步恶化,即切削温度升高,刀具/切屑及刀具/工件表面之间的摩擦会进一步加剧,排屑不畅,刀具寿命降低,并使加工表面质量变差。因此,要使干切削加工能顺利进行,就必须寻求技术上的解决方案,使其能弥补切削液的主要功能。这就要求仔细分析各种特定的边界条件和影响干切削加工的复杂因素。

2实现干切削加工的措施

◆研制适合干切削加工的刀具材料

开发适合干切削加工的刀具材料是其成功应用的关键之一。在干切削加工时,一般采用比普通加工要高的切削速度,这样可以加速排屑及散热,从而提高刀具寿命、增加刀具的抗热性能。但在高速切削时,切削区会产生大量的热量,切削用量越大,切削区的温度也越高,传统方法一般都要加冷却液冷却,然而采用新型刀具材料以及选择合理的切削参数,既可承受切削过程中的高温,进行高速切削,又可使产生的大部分热量传给切屑,即可进行干切削加工。

干切削刀具材料要具有优良的热性能,常用的有红硬性较高和耐磨性较好的粘结硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、涂层HSS、金刚石及立方氮化硼(CBN)等。近年来,还在Al₂O₃基体中添加20%～30%的SiC晶须,形成了“晶须增韧陶瓷”。SiC晶须的作用犹如钢筋混泥土中的钢筋,它能成为阻挡或改变裂纹发展方向的障碍物,使刀具的韧性大幅度提高,是一种很有发展前途的干切削刀具材料。

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