绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术_489

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高速干切削的关键技术和应用

高速干切削的关键技术和应用

高速干 切削 的 出现与高 速切 削和 干切 削有 着密 切关 系 。高速 切 削具有 切削 效率 高 、 切削 力小 、 加工
精度 高 、 削热集 中、 切 加工过 程稳 定 以及 可加工 某些
难 加 工材料 等特 点 ; 干 切 削在 加 工 过 程 中不 用 或 而
微 量使 用切 削液 , 消除切 削液 带来 的负 面影 响 , 可 是
进一 步研 究和 发展 的 主要 有 以 下 几 个 方 面 : 刀具 涂
技术。
干切削 时 , 由于 缺 少 了 切削 液 的润 滑 、 却 、 冷 排 屑 与断 屑等功 能 , 刀具 与工件 、 具与 切屑 之 间的摩 刃 擦增 加 , 切削 力增 大 , 削 热 也 大 大增 加 , 切 刀具 耐 用 度 大大 降低 , 时 工 件 的加 工 质 量 也 得 不 到保 证 。 同
采 取 隔热措 施 。
l 高速 干 切 削 的关 键 技 术
中图分类 号 : TG5 6 0 文献标 识码 : B
切削加 工 是 汽车 、 空 航 天 、 源 、 具 等 制 造 航 能 模
( B 等 材料 是 干式切 削 刀具 的首 选 材料 ; 切屑 c N) ②
和 刀具 之 问的摩 擦 因数要 尽 可 能小 , 常用 的方 法 是 对 刀具 表面 进行 涂 层 ( 层 除 了 有类 似 于切 削 液 的 涂 润 滑功 能外 , 在刀具 与 切屑 问起 隔热 作用 , 当于 还 相

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摘要:干式切削是一种绿色制造工艺技术

摘要:干式切削是一种绿色制造工艺技术

摘要:干式切削是一种绿色制造工艺技术,它已成为金属切削加工发展的趋势之一。

文中分析了干式切削加工对刀具的要求,讨论了刀具材料的选择并结合实例分析了干式切削技术在铣削中的应用。

1、前言现今大部分的金属切削加工是以使用切削液的湿式方式进行的。

切削液具有冷却、润滑、清洗、排屑、防锈等功能,对延长刀具使用寿命,保证加工质量起着重要的作用。

但是近几年随着人类社会对环境保护的日益重视,人们开始关注切削液所带来的一系列负作用。

一方面,切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源,增加加工成本。

据德国许多公司统计计算的资料表明,使用冷却液费用占总制造成本的16%,而切削刀具消耗的费用只占成本的3~4%。

另一方面,切削液对环境的污染较为严重,甚至危害工人健康。

为使金属切削加工尽可能少地产生污染,人们提出了“清洁化生产”这一概念。

干切削是消除切削液污染,降低产品成本,实现清洁化生产的最有效的途径。

要实现干式切削,必须合理选择刀具材料,设计合理的刀具几何参数。

干式切削技术已成为金属切削加工发展的趋势之一。

近年来,它在车削和铣削中的应用已日益普遍,在钻削、镗削和滚齿方面也取得了重大的突破。

本文结合工作实际,仅就干式切削技术在不锈钢铣削中的应用进行论述。

2、干式切削加工对刀具的要求切削刀具的性能取决于刀具材料和刀具结构及几何参数。

不同加工方法对刀具的设计侧重点有所不同。

对于干式切削加工刀具必须具备下述性能:(1)刀具应具有较高的耐热性和良好的耐磨性。

(2)切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小。

(3)刀具形状要保证排屑流畅和易于散热。

(4)刀具应具有更高的强度和耐冲击韧性。

在实际生产中,应根据工件材料的物理、力学性能和工序特点,合理选用刀具材料、涂层,优化刀具结构和几何参数,并注意刀具材料与工件材料的匹配,才能设计和制造出适用于干式切削的刀具。

1)干式切削加工的刀具材料干式切削时刀具材料最重要的是必须具各高的红硬性和高的耐冲击性。

先进制造工艺技术高速切削

先进制造工艺技术高速切削

进给速度
合理设置进给速度,以保 证加工表面质量和刀具寿 命。
切削深度
根据刀具和工件材料特性, 选择合适的切削深度,以 获得良好的加工效果。
加工过程的监控与检测
01
切削力监测
通过实时监测切削力变化,可以 判断刀具磨损情况和调整切削参 数。
02
加工表面质量检测
03
刀具磨损监测
采用表面粗糙度仪、光学显微镜 等方法检测加工表面质量,以确 保加工精度和降低不良率。
高速切削适用于多种材料加工 ,包括钢、铸铁、有色金属等
,扩大了加工范围。
高速切削对机床的要求
高转速主轴
高进给系统
为了实现高速旋转的刀具,机床需要配备 高转速的主轴,通常转速范围在每分钟数 千转到数万转之间。
为了实现高速进给的切削方式,机床需要 配备高进给的传动系统和控制系统,确保 切削过程的稳定性和准确性。
刀具涂层
涂层技术能够提高刀具表面的硬度 和耐磨性,降低摩擦系数,从而提 高切削速度和加工效率。
刀具结构
采用合理的刀具结构和几何参数, 如刀尖圆弧半径、切削刃倾角等, 能够改善切削效果,减少刀具磨损。
切削液技术
切削液种类
选择合适的切削液对于降低切削 温度、减少刀具磨损和提高加工 表面质量至关重要。常用的切削 液有油基、水基和半合成切削液
集成电路芯片。
高速切削技术能够实现高精度、 高效率的加工,满足电子信息产 业对产品精度和一致性的高要求。
高速切削技术的应用还有助于提 高电子信息产品的性能和可靠性,
降低生产成本。
05 高速切削技术的发展前景 与挑战
高速切削技术的发展前景
高效加工
高速切削技术能够显著提高加工效率,缩短产品 制造周期,降低生产成本。

绿色切削加工技术分析

绿色切削加工技术分析

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绿色制造—高速干切削概述

绿色制造—高速干切削概述

绿色制造—高速干切削概述高速干切削是一种先进的切削加工技术,它在提高加工效率的同时,也有效地降低了环境污染和能源消耗。

本文将概述高速干切削技术的原理、应用领域以及对绿色制造的积极影响。

一、高速干切削的原理高速干切削是指在高速旋转的切削工具与工件接触时,不使用冷却液进行冷却和润滑的切削过程。

其原理是通过提高切削速度、降低加工温度和减少摩擦力来实现高效率的切削加工。

在高速干切削过程中,切削温度相对较低,切削力较小,从而减少了工具磨损和加工成本。

二、高速干切削的应用领域高速干切削技术广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子、光学器件等领域。

例如,高速干切削技术在汽车制造中被用于发动机零部件的加工,可大幅提高生产效率和减少废液处理成本。

同时,在电子器件制造领域,高速干切削技术具备高精度和高表面质量等优势,被广泛应用于半导体芯片、光纤组件等的加工。

三、高速干切削对绿色制造的影响1. 节约能源:高速干切削不需要冷却液,大大减少了能源消耗。

与传统切削相比,高速干切削可节约能源30%以上,减少了对环境的负荷。

2. 降低环境污染:传统切削过程中,大量的冷却液被使用后会成为废液,对环境造成严重的污染。

而高速干切削技术无需冷却液,减少了废液的产生,降低了对水资源的消耗和水污染的风险。

3. 提高生产效率:高速干切削技术采用高速切削工具和高速传动设备,加工速度更快,提高了生产效率。

同时,由于无需处理废液等附加工序,工艺流程更加简化,进一步提高了生产效率。

4. 减少工具磨损:高速干切削的切削速度相对较高,与工件接触时间短,减少了工具磨损。

这可以延长工具的使用寿命,减少了资源消耗和废弃物的产生。

综上所述,高速干切削技术具有降低能源消耗、减少环境污染、提高生产效率和减少工具磨损的优势,为绿色制造的实践提供了重要的技术支持。

随着高速干切削技术的进一步发展和应用,相信将在制造业领域取得更加显著的绿色效益和可持续发展。

绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术_489

绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术_489

绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术1 引言制造业是人类社会的传统产业,它的历史可以追溯到远古时代,人们磨制石器、铜器和铁器用来捕猎。

制造业为人类社会带来物质财富的同时,又给环境造成了严重的污染。

而切削加工作为制造技术的主要基础工艺,是产生污染的重要原因之一。

金属切削加工方法有湿式和干式切削法之分。

目前采用最多的是湿式切削法(即在金属切削加工时,用一定压力和流量的液体(切削液)连续不断地冷却、润滑刀具和工件加工部件的方法)。

这种方法已经使用多年,通常在金属切削加工时使用切削液主要有3个功能:润滑作用,冷却作用,清洗和排屑作用。

这些功能对工件已加工表面质量和刀具耐用度具有明显的影响。

随着高速切削加工技术的迅猛发展,加工过程中切削液的用量越来越大,有时高达80-1OOL/min。

但大量使用切削液造成了许多负面影响,主要表现在以下几个方面。

(1)增加了制造成本。

据国外许多统计资料表明,切削液及切削液的供给、保养、回收及切削废液的处理等费用加在一起,占总制造成本的13%-17%,而刀具消耗的费用仅占制造成本的2%-4%。

(2)造成了环境污染问题。

切削液是金属切削加工中造成环境污染的一个重要根源。

如乳化液不仅含有油,而且含有烧碱、油酸酯、乙醇和苯酚等有害物质。

如果这些切削液未经处理直接排人外界,会对环境造成严重污染。

(3)直接危害操作工人的身体健康。

切削液产生的油烟会引起工人肺部和呼吸道的多种疾病。

切削液与人体直接接触会诱发多种皮肤病[1]。

人类社会已经迈入2l世纪,随着制造技术的发展和环保意识的提高,发展以绿色无污染的高速切削工艺和加工方法成为人们追求的目标。

在这种背景下,取消或减少切削液和润滑剂的使用已成为金属切削工艺发展的必然趋势,于是干式切削工艺的研究便应运而生,干式切削(Dry Cutting)的概念逐步形成。

2 高速干式切削加工技术的提出及发展从20世纪90年代开始,国外对干式切削技术进行了大量研究,1995年干切削的科学意义被正式确立,1997年的国际生产工程研究会(CIRP)年会上,德国Aachen工业大学的F.Klocke教授作了“干切削”的主题报告;1999年1月在美国国家科学基金“设计与制造学科”受资助者会议上,国际著名的刀具制造厂MAPAL公司的总裁B.P.Erdel博士也作了有关美国干切削发展的主题报告[2]。

干式(绿色)切削技术

干式(绿色)切削技术
14
4.3.1 风冷却切削
冷却原理
(4)涡流管直接制冷
1—喷嘴,2—孔板,3—涡流室,4—控制阀 图4-8 涡流管直接制冷原理
15
4.3.1 风冷却切削
冷却原理
制冷方法
低沸点液体制冷
压缩机循环制冷 空气绝热膨胀制
冷 涡流管制冷
表4-2 四种制冷方法性能的比较
装置复 杂程度
初始成本 运行成本
可控性
现代机械加工新技术
第4章干式(绿色)切削技术
4.1 概述
1
4.1 概述
概述
人们正试图少使用或不使用切削液,以适应21世纪清洁 生产和降低成本的要求。干式切削技术就是这样的实用绿色 切削技术,可以较好地解决当前的生态环境、技术与经济间 的协调与持续发展。
图4-1 干式切削
2
现代机械加工新技术
第4章干式(绿色)切削技术
21
4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
uc = 230 m/min, ap = 1 mm, f = 0.15 mm/r
uc = 50 m/min, ap = 1 mm, f = 0.1 mm/r
1—干切,2—浇水,3—水蒸气
图4-10 用水蒸气作为冷却润滑剂的车刀磨损VB值
22
4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
6
4.2.2 实施干式切削的必要条件
干式切削的刀具技术
(3)减少对切削液排屑作用的依赖 对于干式切削,排屑则成了要解决的主要问题。 ① 重力排屑法。 ② 虹吸原理排屑法。 ③ 利用真空或喷气系统改善排屑条件,以实现干式切削。 ④ 用复杂的刀具几何结构解决封闭空间的排屑问题。
7
4.2.2 实施干式切削的必要条件
24

基于绿色制造的干切削技术应用研究

基于绿色制造的干切削技术应用研究
收稿 日期:0 10 — 1 2 1- 1 1
作者简 介 : 伟 (95 )男 ( 族) 宁人 , 安 15一 , 蒙古 , 辽 教授 , 阳电大 理工学 院院长 , 沈 研究 方 向 : 代制 造技术 、 现 机械产 品设计 ; 王育欣 (9 6 )男 , 17 一 , 山东人 , 副教授 , 硕士研究生 , 士研究 生在读 , 阳电大理工学院机 电教 研室 主任 , 博 沈 主要 研究方 向 : 工业 网络应用 , 数控技术 , 现代控制技术等 。
安 伟, 王育欣
( 阳广播 电视大学 , 沈 辽宁 沈阳 100 ) 10 3
摘 要: 分析和 阐述 了干切 削技 术的机 理、 点以及研 究应用等 , 出绿 色制 造是制造业发展 的必 由之 路 , 特 指 在机械加 工
中所 采 用 的 干 切 削技 术 , 是 一 种 理 想 的 绿 色制 R . 艺方 法 ; 展 干 切 削技 术 , 进 一 步 降低 产 品 制 造 成 本 和 消 除 切 正 r - 发 是 削液对环境污染的重要途径 。
关键 词 : 色制 造 ; 械 k - ; 切 削 绿 机 y 干 -
中图分类 号: G5 69 T 0.
文献标识码 : A
文章编号 : 6 2 5 5 2 1 )4 0 2 — 3 1 7 — 4 X(0 1 0 — 12 0
绿色制造是 以传统制造技术为基础 ,以环境科 等方 面 , 发挥 了重要 的作用 , 但冷却液及其后处理 , 学、 材料科学 、 能源科学 、 制技术等先进科学 与技 将 会 造 成非 常 突 出的负 面 影 响 : 控 术为支撑 的现代制造模式 。绿色制造 的研究对象 , 是 ( ) 削 液 费 用 约 占零 件 加 工 总 成本 的 1 1切 2% 综合考虑环境影响和资源 的有效 利用 ,其 目标是使 1 7%, 零件 的生 产成 本 大大 提 高 ; 使 产 品从设 计 、 造 、 装 、 输 、 用 到报 废 处 理 的整 制 包 运 使 () 2 未经处理 的切削液排放 , 会污染 、 破坏生态
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绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先
进制造技术
1 引言
制造业是人类社会的传统产业,它的历史可以追溯到远古时代,人们磨制石器、铜器和铁器用来捕猎。

制造业为人类社会带来物质财富的同时,又给环境造成了严重的污染。

而切削加工作为制造技术的主要基础工艺,是产生污染的重要原因之一。

金属切削加工方法有湿式和干式切削法之分。

目前采用最多的是湿式切削法(即在金属切削加工时,用一定压力和流量的液体(切削液)连续不断地冷却、润滑刀具和工件加工部件的方法)。

这种方法已经使用多年,通常在金属切削加工时使用切削液主要有3个功能:润滑作用,冷却作用,清洗和排屑作用。

这些功能对工件已加工表面质量和刀具耐用度具有明显的影响。

随着高速切削加工技术的迅猛发展,加工过程中切削液的用量越来越大,有时高达80-1OOL/min。

但大量使用切削液造成了许多负面影响,主要表现在以下几个方面。

(1)增加了制造成本。

据国外许多统计资料表明,切削液及切削液的供给、保养、回收及切削废液的处理等费用加在一起,占总制造成本的13%-17%,而刀具消耗的费用仅占制造成本的2%-4%。

(2)造成了环境污染问题。

切削液是金属切削加工中造成环境污染的一个重要根源。

如乳化液不仅含有油,而且含有烧碱、油酸酯、乙醇和苯酚等有害物质。

如果这些切削液未经处理直接排人外界,会对环境造成严重污染。

(3)直接危害操作工人的身体健康。

切削液产生的油烟会引起工人肺部和呼吸道的多种疾病。

切削液与人体直接接触会诱发多种皮肤病[1]。

人类社会已经迈入2l世纪,随着制造技术的发展和环保意识的提高,发展以绿色无污染的高速切削工艺和加工方法成为人们追求的目标。

在这种背景下,取消或减少切削液和润滑剂的使用已成为金属切削工艺发展的必然趋势,于是干式切削工艺的研究便应运而生,干式切削(Dry Cutting)的概念逐步形成。

2 高速干式切削加工技术的提出及发展
从20世纪90年代开始,国外对干式切削技术进行了大量研究,1995年干切削的科学意义被正式确立,1997年的国际生产工程研究会(CIRP)年会上,德国Aachen工业大学的F.Klocke教授作了“干切削”的主题报告;1999年1月在美国国家科学基金“设计与制造学科”受资助者会议上,国际著名的刀具制造厂MAPAL公司的总裁B.P.Erdel博士也作了有关美国干切削发展的主题报告[2]。

干式切削自1995年被正名至今,欧洲、美国和日本等工业发达国家非常重视它的研究。

干式切削技术已经成功应用到了生产领域,取得了良好的社会效益和经济效益。

世界许多知名的机床厂商在他们的目录中都有干切削机床加工中心。

德国在干式切削领域中处于领先地位,德国企业在大批量生产中已有10%-15%的加工采用干式切削,并且取得了良好的经济效益。

预计到2008年以后会有20%以上的企业采用干式切削技术,这预示着干式切削技术是未来切削加工发展的一个方向。

在我国,干式切削技术的研究也已起步,并取得了不少研究成果。

为了跟上国际形势,顺应世界切削技术的发展趋势,我国应加快对干式切削技术的研究。

3 高速干式切削加工的形成
干式切削是一种在加工过程中不使用切削液的加工方法。

但是,在干式切削加工中,由于切削过程缺少切削液的润滑、冷却、排屑等作用,相应地会出现以下问题:
(1)由于缺少切削液的润滑作用,干式切削加工中的切削力会大大增加,刀具与工件之间的振动会加剧,从而导致工件加工表面质量变差,刀具磨损加快,刀具使用寿命缩短。

(2)由于缺少切削液的冷却作用,干式切削加工会在加工瞬间产生大量热量,这些热量主要集中在切屑中,会影响切屑的成型,过热的高温环境会导致形成带状和缠结状切屑并缠绕在刀具上,影响后续切削,加剧刀具磨损。

(3)会由于摩擦使工件和刀具的温度升高,导致刀具磨损加快,工件产生残留应力,刀具和工件发生热变形,表面质量降低。

(4)无润滑作用,会使刀具分屑困难,切屑堵塞容屑槽,还可能损坏已加工的工件表面。

(5)对于机床本身,如不及时将热量从机床的主体结构中排出,由于不能保持热平衡,机床的床身、立柱等构件也会因温度变化而产生细小但不容忽视的变形,影响加工精度和降低工件表面质量。

(6)切屑如不及时排除,残留切屑可能导致夹紧误差、损坏机床导轨等等。

而在工艺相同的情况下,高速切削加工存在以下优势:
(1)随着切削速度的提高,单位时间内的材料切除率(切削速度、进给量和切削深度的乘积,vfap)增加,切削加工时间减少,从而可大幅度提高加工效率,降低加工成本。

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