干式切削新技術

寂靜天花板 · 發表于 2015-12-18 20:21:26

在切削加工中加注冷卻液，為降低切削溫度、斷屑與排屑起到了很好的作用，但也存在著許多弊端。例如，維持一個大型的冷卻液系統需花費很多資金。它需要定期添加防腐劑、更換冷卻液等，花去許多輔助時間。加之由于冷卻液中的有害物質，對工人的健康造成危害，也使冷卻液使用受到限制。為此，干式切削則應運而出。
但同樣，干式切削作為一門新技術，也帶來了新的問題，使人們產生了許多模糊的認識。為此，美國Michigan技術大學（MTU）進行了大量的調查研究和比較性的切削試驗，深入地分析研究了使用冷卻液對工人的健康、刀具使用壽命、切削力和力矩及加工質量等多方面的影響，以提高人們對干式切削新技術的認識。
1、工人的健康
從他們所作的大量調查研究認為，冷卻液的使用，會使生產環境惡化，長期接觸，可感染皮膚病與氣管炎等，給工人健康與安全造成威脅。所以，許多國家規定出嚴格的環衛標準，例如，由美國環境保護局（EPA）規定，要求空氣中有害物質的允許含量，由原來的5.0mg/m3下降到0.5mg/m3，且空氣中的有害物質允許的顆粒（PM）（直徑大小）由原來的10µm下降至2.5µm。而要達到這樣的標準，它需要高精度的冷卻液過濾裝置、空氣凈化設備等，所花費用是相當可觀的，就其這一個缺點，已大大超過使用冷卻液帶來的優點。
2、刀具使用壽命
一般人認為，切削中加注冷卻液，可以提高刀具的使用壽命。然而，從MTU在切削速度為V=130m/min條件下，所作的切削試驗證明，加注冷卻液切削，由于加注過程的不連續性與冷卻程度的不均勻性，使刀具產生不規則的冷、熱交替變化，容易使刀頭產生裂紋，進而引起刀具破損，極大地降低了刀具的使用壽命。
3、表面粗糙度
從MTU對鉆削加工所作的100多次切削試驗證明，不加注冷卻液的干式切削，比加注冷卻液的情況，將兩倍以上地提高了內孔的表面粗糙度Ra。切削試驗條件為，加工材料為AL304和AL390，刀具選用不涂覆的硬質合金鉆頭，選擇通常鉆孔時所用的切削參數。所以對內孔表面粗糙度要求的零件加工，盡量避免采用干式切削。同樣，他們也對以上鋁合金進行了鏜削加工的比較性切削試驗，結果證明，在相同加工條件下，所獲內孔表面粗糙度，加與不加注冷卻液，幾乎沒有關系。
4、切削力和力矩
從MTU對鉆削加工所作的鉆削試驗證明，加注冷卻液，可明顯地降低作用在鉆頭上的切削力和力矩，尤其對于封閉式的切削加工影響更大，例如，從他們對攻絲加工所進行的切削試驗也充分證明了這一點，還有深孔加工、拉削、鋸削等。
然而，他們選用表面經涂覆的硬質合金鉆頭，進行干式切削試驗。由于涂覆刀具所具有的硬度高、切削性能好又具有很好的潤滑作用（同加注冷卻液的效果相同，減小了刀具/工件間的摩擦）等優點，因而使作用在鉆頭上切削力和力矩的測量數據，基本上與加注冷卻液情況下相等（除封閉式切削加工）。同樣，對以上鋁合金進行了鏜削加工的比較性切削試驗，結果證明，在相同加工條件下，作用在鉆頭上的切削力和力矩大小，加與不加注冷卻液兩種情況，同樣幾乎沒有區別。
5、切削熱與內孔尺寸精度
由MTU對鏜削加工試驗中的試件內孔，分時段，在不同軸向和徑向位置上進行切削溫度測量，并根據所受切削溫度進行有限元分析。結果表明，不加注冷卻液可使試件內孔不同位置的切削溫度上升，將使加工內孔的尺寸變大。所以，對于內孔尺寸精度要求高的零件加工，卻面臨著一個是否加注冷卻液的選擇問題。
6、結論
由以上幾個方面可以認為，對于零件尺寸精度、表面粗糙度要求不高的非封閉式的切削加工，完全可以采用干式切削。而對于尺寸精度、表面粗糙度要求高的非封閉切削加工，需采取一系列的技術措施，例如，提高主軸轉速、減小進給量等，這些勢必提高生產成本。但經計算分析，這些費用正好與取消冷卻液的費用相等。加之采用最新的制造技術，如使用新型刀具材料、采用高速切削技術等，完全可以替代通用加工技術。