干切削技术
绿色制造工艺(1)
绿色制造工艺绿色机械是机械制造业发展的必然趋势，而我国对绿色机械制造还处在起步阶段，需要在今后的应用中不断进行创新和开发。
本文主要对绿色制造工艺以及加强绿色机械制造工艺的措施进行了分析。
一、绿色制造工艺绿色制造工艺的最终目的就是合理利用资源和能源以及减少对环境的污染，其是绿色制造的核心问题。
绿色制造工艺可分为：节约资源型工艺技术、降低能耗型工艺技术、环境保护型工艺技术。
(一)节约资源型工艺技术所谓节约资源型工艺技术是指生产过程中对工艺系统的组成进行简化并对原材料的消耗进行节省的一种技术。
在传统加工过程中，消耗大量的原材料，对于全社会的可持续发展有着不利影响，因此，机械制造业秉承绿色理念，积极推广减少资源消耗的绿色技术。
(1)少无切削加工技术。
随着新技术、新工艺的发展，在机械制造行业中，精铸、冷挤压等成型技术和工程塑料的应用越来越成熟。
少无切削加工技术越来越受机械工业的欢迎。
少无切削加工技术适用于对异性孔类零件、齿轮花键、端面爪齿件、台阶种类件等类似零件的加工，尤其适合有色金属制作。
(2)干式加工技术。
干式切削是指在机械加工中为了保护环境和降低成本而有意识地减少使用或不使用切削液的加工方法。
随着人类对水资源的节约和环境保护的高度重视，而切削液所造成的影响和污染已经是不能再置之不理。
(3)减少加工余量。
采用先进的制造技术，随着切削速度的提高，切削力下降，工件变形小，从而保证加工质量。
(二)降低能耗型工艺技术所谓降低能耗型工艺技术是指在生产过程中对能量损耗降低的一种技术。
降低能耗型工艺技术主要包括以下几个方面：(1)常用节能技术。
大量钢铁、煤炭、电力和有色金属等资源都是机械制造企业在生产过程中所必须的，随着能源的紧缺，节能减耗型工艺技术中变得非常重要。
常用节能技术主要包括技术节能、工艺节能、管理节能、适度利用新能源、绿色设备、改进润滑方式。
(2)润滑方式和润滑剂的改进。
首先，设备润滑剂的改进。
设备润滑剂宜发展油气润滑。
高速切削及其关键技术
高速切削及其关键技术摘要自20世纪30年代德国 Carl Salomon博士首次提出高速切削概念以来，经过50年代的机理与可行性研究，70年代的工艺技术研究，80年代全面系统的高速切削技术研究，到90年代初,高速切削技术开始进入实用化，到90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现，21世纪初,高速切削技术在工业发达国家得到普遍应用,正成为切削加工的主流技术。
根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5－10倍的切削加工。
因此，根据加工材料的不同和加工方式的不同,高速切削的切削速度范围也不同.高速切削包括高速铣削、高速车削、高速钻孔与高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削.目前，加工铝合金已达到2000－7500m/min；钛合金达150－1000m/min;纤维增强塑料为2000－9000m/min。
高速切削是一项系统技术,企业必须根据产品的材料和结构特点，购置合适的高速切削机床,选择合适的切削刀具，采用最佳的切削工艺，以达到理想的高速加工效果。
高速切削是一项先进的、正在发展的综合技术,必须将高性能的高速切削机床、与工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合,充分发挥高速切削技术的优势。
高速切削技术已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。
高速切削较之常规切削是一种创新的加工工艺和加工理念。
本文分析了高速切削技术的特点,研究了高速切削的关键技术:机床技术、刀具技术和工艺技术,介绍了高速切削技术在航空航天和汽车制造等领域的发展及应用.关键词：高速切削 ;机床；刀具 ;切削工艺一.引言机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。
在机械加工技术中,切削加工是应用最广泛的加工方法。
近年来，高速切削技术蓬勃发展,已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。
在数控机床出现以前,用于工件上下料、测量、换刀和调整机床等的辅助时间超过工件加工总工时的70％；以数控机床为基础的柔性制造技术的发展和应用,大大降低了工件加工的辅助时间，切削所占时间比例越来越大。
试议绿色制造工艺在机械加工中的应用
试议绿色制造工艺在机械加工中的应用作者：宁远鹏来源：《城市建设理论研究》2013年第14期摘要：绿色节能已成为当前社会发展的主题，无论是工作、生活，还是工程建设、产品制造，无不将绿色节能理念融入其中。
目前，在机械加工行业，绿色制造的理念也得到了贯彻，比如清洁能源的使用、节能材料的选择等等。
本文针对绿色制造的相关研究进行分析，探讨一下在机械制造中绿色节能理念的应用。
关键词：绿色机械制造工艺开发中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：在机械制造过程中，充分考虑对环境的影响，倡导绿色节能理念，提高资源的使用效率，是今后机械制造的主要发展方向，这也是绿色制造的本意。
绿色制造的理念要贯穿于从产品的设计、制造，一直到报废的整个过程之中，做到对环境产生的负面影响最小，对资源的使用效率最高，在实现企业经济效益最大化的同时，实现其与社会效益最优协调组合。
1绿色制造概述在绿色理念之下的机制生产制造的核心内容就是：在产品的生产制造过程中，采用清洁能源以及绿色材料等，通过合理、科学的绿色设计，生产和制造出绿色产品，并最终形成一个可持续性的生产以及消费的绿色模式。
一般来说，绿色制造主要是由产品生产制造过程中的绿色设计、清洁生产以及绿色再制造等三部分组成的。
2绿色机械制造工艺类型2.1节约资源型的工艺技术在产品的生产制造过程中，大量的消耗和使用原材料，特别是属于不可再生资源的金属材料，不仅不利于降低生产成本，也不符合我国可持续发展的战略思想，所以机械制造工业在产品的生产制造过程中，应积极推广和应用资源使用率高的绿色生产工艺技术。
具体表现在以下几个方面：1）绿色材料在生产制造过程中，产品的设计以及生产制造应该尽可能的选择使用性能较好，能和环境有较好协调性的原材料。
因此，可以通过改善和优化机电产品的生产功能，简化其内部结构，减少使用材料的种类，选取容易加工的原材料。
此外，在生产制造过程中，尽量选用能耗较低，对环境污染较少的原材料，同时，对可再利用的原材料应尽量做好其回收和再利用工作。
浅谈绿色加工技术的应用与发展
浅谈绿色加工技术的应用与发展现代加工行业中机械加工的绿色加工技术进行了论述，对其技术的应用状况进行了分析探讨，并在此基础上分析了该技术的发展前景。
标签：绿色加工；机械加工；切削液前言依照相关统计数据分析，磨削、切削零件在机械加工制作过程中所占的比例较大，约为加工总量的40%。
零件在加工时会对刀具产生发作用，因而严重损害刀具的完好度，首先在磨削、切削时工件同刀具的接触面会因加工而升温，其次会对接触面的加工质量造成不利影响。
因此为了提高机械加工中刀具使用的时间，令生产效率有效提高，在机械加工领域中学术界提出了在加工中使用切削液的概念。
为了保证切削液具有润滑以及降温的作用，会在切削液中加入化学试剂，但是这些化学试剂对于环境的伤害极其巨大。
主要表现为：首先需要大量的资源用以配置切削液；其次，切削液若排放到自然环境中或者对其进行处理时会对环境造成污染；最后，切削液中的成分对人体的危害较大。
当今社会中的热门话题是可持续发展问题，因此在机械加工领域中也要将可持续发展的思想融入加工工作中，以此为目的，加工领域提出了绿色加工的思想，该类加工技术相对不会产生环境污染，并且危害性小，能够最大程度的对资源进行利用。
1 技术特点机械加工产业中的绿色加工技术是一种以环境保护为核心以资源利用作为重点的新型技术，在保证生产效率的基础上，在加工过程中有效节约生产加工所用资源，降低生产过程产生的污染，减少危害性。
在机械加工中用到的切削液制作过程复杂，需要大量的人力物力，并且其需要的化工原料以及油料对环境的污染较大，根据各种统计资料表明，在加工过程中使用切削液所耗费的费用就能够占到加工总成本的20%，刀具消耗的费用仅仅为总成本的4%。
所以无论从何种角度分析，机械加工中绿色加工技术的应用核心便是能源资源耗费量的降低。
此外，机械加工过程中使用到切削液还会产生较大的污染问题，由于其主要成分为化工合成物，若是切削液不经过污染物处理而直接排放到自然环境中，会引发各类严重的污染问题，对生态环境也是致命的打击，可持续发展变无从谈起。
铣削技术的工艺研究
铣削技术的工艺研究摘要：机械制造业在整个国民经济中占有十分重要的地位，金属切削加工作为精密加工手段，在整个机械制造行业有着十分重要的地位，文章就铣削技术的工艺进行了研究和分析，希望能给从事本行业的同仁们一个借鉴和参考。
关键词：铣削技术；刀具；切削用量最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。
铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。
尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。
一、国内外铣削机床现状在德国等西方工业发达的国家，20世纪80年代就已经推出cnc 旋风铣床及高刚度精密定位刀盘，发展到现在已经成为相当成熟的产品。
由于cnc旋风铣床在国内尚无厂家制造，我国仅有的几家工厂拥有的cnc旋风铣床也都是由德国leistritz公司进口而来。
机床可对螺纹的导程精度和中径尺寸的一致性进行修整，加工出的滚珠丝杠精度可达p3级，滚道截面形状的正确性、中径尺寸的一致性均优于磨削加工。
机床配置了精密对刀仪，具有轨迹寻找功能，可在一次加工4m长度的基础上进行二次接刀加工，单根加工长度可达8m，真正体现了旋风硬铣削技术的先进性，以及在滚珠丝杠加工中的优越性。
将高速切削技术结合旋风铣削进行研究，尤其是将原有的旋风铣头高速化，提高了加工效率。
二、高速铣削技术的应用及优势高速切削加工技术按其目的而言可分为两类：以实现单位时间最大材料去除量为目的的加工；以实现高质量加工表面与细节结构为目的的加工。
模具的高速切削加工都是这两类技术的综合运用。
高速铣削加工技术引进到模具加工行业，主要应用淬硬模具型腔的直接加工：高速铣削采用极高的切削速度和超硬刀具，可直接加工淬硬后的模具型腔，在某些情况下可取代电火花型腔加工，与电火花加工相比，加工质量和加工效率都不逊色，甚至更优，而且省略了电极的制造。
先进制造技术 第2章 高速切削技术2-1
萨洛蒙在l924一1931年间，进行了一系列的高速切削实验： 在非黑色金属材料，如铝、铜和青铜上，用特大直径的刀 盘进行锯切，最高实验的切削速度曾达到14000m／min， 在各种进给速度下，使用了多达20齿的螺旋铣刀。l931年 申请了“超极限速度”专利，随后卖给了“Krupp钢与工 具制造厂”。 萨洛蒙和他的研究室实际上完成了大部分有色金属的切削 试验研究，并且推断出铸铁材料和钢材的相关曲线。 萨洛蒙理论提出了一个描述切削条件的区域或者是范围， 在这个区域内是不能进行切削的。萨洛蒙没有提出可靠的 理论解释，而且他的许多实验细节也没有人知道。
刀具磨损曲线
三、高速切削切屑形成
高速切削试验表明，工件材料及 性能对切屑形态 有决定性影响。
低硬度和高热物理性能的工件材料（铝合金、低碳钢、未 淬硬钢等）易形成连续带状切屑。 高硬度和低热物理性能的工件材料（钛合金钢、未淬硬钢 等）易形成锯齿状切屑。
切削速度对切屑形态有重要影响。对钛合金，在 （1.5~4800)m/min的切削速度范围内形成锯齿状 切屑，随切削速度的增加，锯齿程度（锯齿的齿 距）在增加，直至成为分离的单元切屑。
不同切削速度下车削45钢件的切削形态。
一方面，切削速度增加，应变速度加大，导致脆 性增加，易于形成锯齿状切屑；另一方面，切削 速度增加，切屑温度增加，导致脆性降低，不易 形成锯齿状切屑；
绝热剪切理论（Adiabatic Shear Theory) 周期脆性断裂理论（Periodic brittle fracture theoty）
萨洛蒙（Salomon）曲线
1600
切削温度/℃
钢
1200
青铜
铸铁 硬质合金980℃ Stelite合金850℃ 高速钢650℃ 碳素工具钢450℃
刀具表面涂层技术在干切削加工中的应用
①硬涂层材料 碳化钛 （ ｉ） ＴＣ 是一种高硬 度耐磨 化合物 ， 有 良好 的抗 具 摩擦磨 损性能 。氮 化钛 （ＴＮ ） ｉ 的硬度 稍低 ， 但具 有较高 的
化学稳定性 ， 可大大减少刀具与工件之间 的摩擦 系数 。在切 削区高温条件下 ，ｉ ＴＮ等涂层材料 还 可以被 氧化生成 一 ＴＣ、ｉ
高２ ０倍以上 ， 刀具寿命可 提高 ７倍 以上 。其 他新型 硬涂层
材料 如多晶氮化物 Ｃ ｘ、 Ｎ 超点 阵等超 硬涂层 材料 的开发 也 正在进行 中 ， 已经显示 出 良好 的发 展前 景。 ＴＢ、ｉＮ等也可 以作 为刀具 涂层 材料 ， ｉ ＴＢ 但是 因为 它们 的物理力学性 能和前几种材料相 比没有 明显优势 ， 因此很 少
干切 削加 工质 量有 着很重要 的作用 。 目前 常用 的涂层材 料
弥补这一缺 陷 ， 综合各种材料优点 的复合涂层材料在刀具 涂 层技术 中逐渐 占据 了主导地位 。碳氮 化钛 （ ｉＮ） ＴＣ 是在单 一
的碳化钛 （ ｉ ） ＴＣ 晶格中 ， 氮原子 占据原来 碳原子 在点 阵中 用
主要 为各种硬 质氮 化物 、 氧化物 、 碳化 物或硼化物等 ， 具有 都 很 高的硬度 、 优异 的耐热 性 、 耐氧化 性和 耐腐蚀 性。具 体如
在切削加工 中加注冷却 液 ， 可降低 切 削温度 ， 断屑 与 对
排屑起到 了很好的作用 。但也存在着 以下弊端 ： ①冷却润 滑 液的供给 、 保养和处理 以及 冷却润滑液设备的折 旧等费用要 占到工件制造成 本 的 １ ％ 一１％ （ ４ ７ 刀具 成本 只 占约 ２ 一 ％ ４ ， ％） 从而提高 了产 品的成本 。②大量使用冷却 润滑液对 环
应用 。
境和生态平衡 造成 了极 大的破 坏。③经 常接触冷 却润 滑液
高速干式切削加工技术研究
以及先 进 的润 滑 技 术 ， 降低 主 轴 在 加 工 过 程 中 的
热 影 响 。主轴 的密 封技 术 也是 实现 高 速干 切削 的 重 要 因素 。 目前 ， 我们 在高 速 主轴设 计 中 ， 采用 动
态 优化 的 电 主轴结 构 ， 并结 合通 过热 平 衡设 计 、 循 环 内冷 技术 和 轴承 的油气 润滑 、 喷射 润 滑等 技术 ，
冷 或气 冷 。 １ ２ 高速 干切 削机 床 进给 单元 － 进 给 单元 应具 有较 高 的 刚度 和较 大 的推 力 ， 高 速进 给单 元 常用 的有 “ 服 电 机 ＋ 大 导 程 的 密 伺 珠 滚珠 丝 杠副 ” 直 线 电机 直 接 驱 动 ２种 主 要 的 和
切 削 液 的冷 却 润 滑 和排 屑 作用 ， 导致 切 削 区 刀 会
于金 伟
（ 坊学 院 ， 潍 山东
潍坊Байду номын сангаас
２ １６ ） ６ ０ １
摘 要 ： 综合 评述 了高速 干 式切 削加 工技 术 的特 点及优 势 ， 析 了实现 高速 干 式切 削加 工 的关键 技 分
术（ 括机 床 、 包 刀具 及涂 层 、 工辅 助技 术 等） 介 绍 了高 速 干式 切 削加工 技 术 的实 际应用 。 加 ， 关键 词 ： 高速 加 工 ；干 式切 削 ；机床 ；刀具 ；涂层 ；应用
出和 实施 ， 速干 式 切 削 加 工 技 术 日益 成 为 人们 高 关 注 的焦点 和 热 点 。所 谓 高 速 干式 切 削 加 工 ， 是
指在 高速机 械 加工 中 ， 为保 护环 境 、 降低 成本 而有
意识地 减少 或 完全停 止 使用 切 削液 。 高速 切削 因具 有 降低 切 削力 、 件 热 影 响 小 工 等特 点 ， 实现 干切 削 提供 了有 利条 件 。 因此 ， 为 高 速 干切 削技 术 作为 金属 切削 加工 领 域 中的 高新绿 色制 造技术 获 得 了广泛 关注 。高速 干切 削 不仅 要 限制或 停止 使 用 切 削液 ， 且 要 保证 高 的 加工 效 而 率 和好 的加 工 质量 。但 在 高 速 干切 削 中 ， 缺 乏 因
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摘 要:干切削作为一种新型的绿色制造技术,不仅能避免切削液对环境的污染,而且能大幅度降低产品的生产成本。文章论述了干切削研究的国内外现状,在讨论切削液原有功能的基础上,对实现干切削的刀具技术、机床技术和工艺技术进行了系统的分析与研究,介绍了准干切削技术及其应用,展望了干切削技术今后的发展。 关键词:绿色制造 干切削 切削液 准干切削 Abstract: As a new green manufacturing technology, drycutting is effective not only in avoiding the environmentalpollution due to cutting fluid, but also in dropping production costgreatly. Research statusof dry cutting both athomeand abroad is presented; a systematic analysis and study isconducted on the tool, machine tool and process technologyfor realizing dry cutting based on the original functions ofcutting fluid. The near- dry cutting technology and its application is introduced，the future developmentof dry cuttingtechnology is prospected. Keywords:GreenManufacturing,Dry Cutting,Cutting Fluid,Near- dry Cutting 前言 随着高速加工技术的迅猛发展,加工过程中使用的切削液用量越来越大[1],其流量有时高达80～ 100L/min。但大量切削液的使用造成了非常突出的负面影响:(1)零件的生产成本大幅度提高,在零件加工的总成本中,切削液费用约占16%,而刀具的费用只占总成本的4%[2]。(2)造成对环境的严重污染,如把未经处理的切削液排入江河湖海,就会污染土地、水源和空气,严重影响动植物的生长,破坏生态环境。(3)直接危害车间工人的身体健康,目前生产中广泛 使用的水基切削液含有对人体有害的化学成分。在切削(磨削)过程中,切削液受热挥发形成烟雾,在车间常常弥漫着难闻的异味,会引起操作工人肺部和呼吸道的诸多疾病,人手和切削液直接接触,还会诱发多种皮肤病,直接影响工人健康。 干切削技术起源于欧洲,目前在西欧各国也最为盛行。据统计现在已有8%左右的德国企业采用了干切削技术。到2003年,德国制造业将有20%以上采用干切削技术[4]。在干切削研究和应用方面,目前德国处于国际领先地位。我国成都工具研究所、山东工业大学和清华大学等单位对超硬刀具材料及刀具涂层技术进行过系统的研究,陶瓷刀具在我国目前已形成了一定的生产能力,这些都为干切削技术的研究与应用打下了初步的技术基础。北京机床研究所最近开发成功了能实现高速干切削的KT系列加工中心[6]
切削液的功能和实现干切削的主要难点
干切削并不是简单地停止使用切削液就能实现的。必须分析在停用切削液以后,会出现什么问题?应采取什么措施来消除这些不利影响?为此,首先应对切削液在机械加工中的作用和功能有一个全面、深入的认识。在机械加工中,切削液主要有三大功能: (1)润滑功能———当切削液进入切削区以后,它就会渗入到刀具、工件和切屑之间的接触面,形成一层润滑膜。这层润滑膜可减少切削过程的摩擦,减小切削力,减轻切屑与刀具的粘结现象并抑制积屑瘤的产生,有利于改善加工表面技术质量。 (2)冷却功能———切削过程所消耗的能量90%以上都转化为切削热。切削液能有效地把切削热从机床的加工区迅速带走,从而大大降低机床切削区的温升,提高刀具的耐用度和工件的加工精度。 (3)协助排屑与断屑———切削液作为高压大流量的冲洗剂,能把细小的切屑冲离工件或刀具,将切屑迅速从机床中排出,以利于提高零件的加工精度和刀具的使用寿命。带状切屑则主要靠刀具的几何结构来实现断屑,但高压切削液对断屑和排屑也起一定的辅助作用。进行干切削时,由于缺少了切削液的上述润滑、冷却和辅助排屑与断屑等作用,因而切削热会急剧增加,机床加工区温度明显上升,刀具耐用度大大降低。要使干切削得以顺利进行,达到或超过湿加工时的加工质量、生产率和刀具耐用度,就必须从刀具、机床和工件各方面采取一系列的措施。因此干切削技术是一项庞大的系统工程,其中最大的难点在于如何提高刀具在干切削中的性能,同时也对机床结构、工件材料及工艺过程等提出了新的要求。
干切削的刀具技术
刀具能否承受干切削时巨大的热能,是实现干切削的关键。主要措施有: (1)采用新型的刀具材料干切削不仅要求刀具材料有很高的红硬性和热韧性,而且还必须有良好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性。 (2)采用涂层技术对刀具进行涂层处理,是提高刀具性能的重要途径。涂层刀具分两大类:一类是“硬”涂层刀具,如TiN、TiC和Al2O3等涂层刀具。这类刀具表面硬度高,耐磨性好。另一类是“软”涂层刀具,如:MoS2、WS等涂层刀具,这类涂层刀具也称为“自润滑刀具”,它与工件材料的摩擦系数很低,只有0.01左右,能减小切削力和降低切削温度。切削实验表明,无涂层丝锥只能加工20个螺孔;用TiAlN涂层丝锥时可加工1000个螺孔,而MoS2涂层的丝锥则可加工4000个螺孔。高速钢和硬质合金经过PVD涂层处理后,可以用于干切削。原来只适用于进行铸铁干切削的CBN刀具,在经过涂层处理后也可用来加工钢、铝合金和其他超硬合金。实际上,涂层有类似于冷却液的功能,它产生一隔热层,使热不会或很少传入刀具,从而能在较长的时间内保持刀尖的坚硬和锋利。涂层还有在高速干切削中保持刀具材料不受化学反应 的作用。在发展干切削技术过程中,要特别注意涂层刀具的有效应用。 3)优化刀具参数和切削用量刀具的几何参数和结构设计必须满足干切削对断屑和排屑的要求。断屑槽在韧性材料加工中对断屑起着很关键的作用。目前在车刀三维曲面断屑槽方面的设计制造技术已经比较成熟,可针对不同的工件材料和切削用量,很快设计出相应的断屑槽结构与尺寸,并能大大提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。高速加工有切削力小、散热快、加工过程稳定性好等优点,高速切削技术与干切削技术的有机结合,将获得生产效 率高、加工质量好和无环境污染等多重利益。
4 干切削的机床技术
设计干切削机床时要考虑的特殊问题主要有两个:一个是切削热的散发;另一个是切屑和灰尘的排出。干切削时在机床加工区产生的热量较大,如不及时从机床的主体结构排出去,就会使机床产生热变形,影响工件加工精度和机床工作可靠性。对于一些无法排出的热量,则相关部件应采取隔热措施。为了便于排屑,干切削机床应尽可能采用立式主轴和倾斜式床身。工作台上的倾斜盖板可用绝热材料制成,将大量热切屑直接送入螺旋排屑槽。采用吸气系统可防止工作台和其它支承部件上热切屑的堆积。内置的循环冷气系统用以提高机床工艺系统的热稳定性。在加工区的某些关键部位设置温度传感器,用以监控机床温度场的变化情况,必要时通过数控系统进行精确的误差补偿。过滤系统可将干切削过程中产生的尘埃颗粒滤掉并被抽风系统及时吸走。产生灰尘的加工区应和机床的主轴部件及液压、电气系统严加隔离。此外还可以通过对这些部件施加微压,以防止灰尘的侵入。对铝合金或纤维等增强塑料进行干切削时,必须采用高速加工中心或其它高速数控机床,其主轴转速一般高达25000～ 60000r/min,主电动机功率25～60kW,通常都采用“电主轴”的传动结构方式;进给速度高达60～ 100m/min,加速度2～ 8g(g= 9.81m/s2),为普通数控机床的10倍以上,现已逐步用直线伺服电动机替代滚珠丝杠来实现高速进给运动[8]
准干切削
纯粹的干切削有时很难进行,此时可采用最小量润滑技术(Minimal Quantity Lubrication),简称MQL。这种方法是将压缩空气与少量润滑液混合气化后,喷射到加工区,对刀具和工件之间的加工部位进行润滑。MQL技术可以大大减少“刀具_工件”和“刀具_切屑”之间的摩擦,起到抑制温升、降低刀具磨损、防止粘连和提高工件加工质量的作用。它所使用的润滑液很少,而效果却十分显著,既提高了工效,又不会对环境造成污染。例如用(Ti,Al)N+ MoS2涂层刀具对铝合金工件进行纯粹的干切削时,刀具钻16个孔后,切屑就粘结在钻头容屑槽中,使刀具完全不能使用。采用MQL技术后,钻孔数高达320个,钻头也还没有发生明显的磨损或粘连,加工出来的所有孔都满足要求。MQL法所使用的润滑液用量一般为0.03～ 0.2L/h,约为湿切削的6万分之一。清洁和干净的切屑经过压缩还可以回收使用,完全不污染环境。因此MQL 法又称为“准干切削”(Near_Dry Cutting)。准干切削技术和涂层刀具相结合,能够取得最好的效果。例如,用高速钢涂层钻头加工X90CrMoV18合金钢,当用TiAlN涂层高速钢钻头进行纯粹干钻削时,钻3.5m的切削长度后钻头便被损坏;采用(TiAlN+ MoS2)复合涂层钻头和最小润滑法,其钻削长度增加到115m。
7 总结和展望
干切削技术是对传统生产方式的一个重大创新,是一种崭新的清洁制造技术。世界各国日益严厉的环保法规,有利于加速干切削技术的推广与应用;各种超硬、耐高温刀具材料及其涂层技术的发展,为干切削技术创造了极为有利的条件;最小量润滑装置的有效应用和各种中心小孔的孔加工标准刀具的出现,使准干切削在铝合金和各种难加工材料的孔加工中获得了越来越多的应用。干切削技术从出现到现在只有短短10年的历史,它是一种新兴的绿色制造 技术,对实施人类可持续发展战略有重要的意义,是新世纪的前沿制造技术。