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未來金屬切削加工的發展趨勢之干式切削加工
閱讀:223 發布時間:2011-4-6提 供 商 | 滕州市旭力機械制造有限責任公司 | 資料大小 | 0K |
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干式切削加工是未來金屬切削加工的發展趨勢之一。近年來工業發達國家非常重視干式切削,為了貫徹環境保護政策,大力研究、開發和實施這種新型加工方法。切削液在工作中對降低切削溫度起了很好的作用,有利于斷屑和排屑,但同時也存在一些問題,冷卻液的使用、存儲、保潔和處理等都十分繁瑣,且成本很高。切削液對環境和操作者身體健康的危害使其使用受到限制。切削液的處理也大大提高了加工成本,這些費用常常被低估,因為它們包含在間接費用之中。據美國企業的統計,在集中冷卻液加工系統中,切削液占總成本的14%~16%,而刀具成本只占2%~4%。據預測,如果20%的切削加工采用干式切削加工,總的制造成本可降低1.6%。因此,未來切削加工的方向是采用盡量少的切削液,耐高溫切削材料和涂層使得干加工在機械制造領域變為可能。
干式切削加工刀具的設計
設計干式切削刀具時需要考慮刀具幾何形狀、刀具材料和涂層之間的相互兼顧,不能只通過選擇合適的刀具材料來進行干式加工,也不能只采用涂層方法使傳統刀具變成干式加工刀具。傳統切削加工時,各種加工方式對刀具設計提出了不同要求。干式切削加工刀具必須具備下列條件:高耐熱性、高耐磨性的刀具材料;切屑和刀具之間的摩擦系數盡可能小;刀具形狀可保證排屑流暢、易于散熱;高的強度和沖擊韌性等。
干式切削加工刀具的設計必須考慮以下三個方面:
(1)刀具幾何形狀。熱效應是干式切削加工需要解決的基本問題。刀具設計時,要考慮使剛開始切削加工時產生熱的可能性小,因此必須保證刀具切削力小、摩擦小。深孔加工刀具的切削難題是很難將切屑排出,因此刀具設計必須保證良好的排屑效果。在小切削力情況下的設計原則為大前角和大圓度切削角。
(2)刀具材料。干式切削加工時,刀具材料zui重要的特性是耐高溫性。如果必須采用大前角,則材料的高硬度是必需的。目前適用于干式切削加工的刀具材料主要有超細顆粒硬質合金、CBN、PCD、陶瓷和金屬陶瓷等。
(3)刀具涂層。切削加工可以不采用切削液的主要原因之一是刀具涂層的應用,它可通過抑制從切削區到刀片的熱傳導來降低溫度沖擊。因此,刀具材料可通過涂層處理來實現“固體潤滑”,以減少摩擦和粘結磨損,使刀具吸收熱量較少,能承受較高的切削溫度。涂層在干式切削加工中的功能是將刀具與被切削材料隔離,減少摩擦,起到隔熱作用。干式切削加工刀具通常可采用TiAIN涂層,它有很好的耐熱性能和高溫性能,與TiN,TiCN涂層相比,由于添加了Al,從而使刀具的抗氧化性能得到極大改善,非常適用于高速加工和干式加工,它的切削性能在高溫連續切削時可比TiC涂層提高四倍。
干式切削加工的冷卻和潤滑
干式切削加工時如果采用噴霧冷卻,可以避免采用切削液時的負面影響,這意味著刀具和工件不需長時間冷卻,切屑與刀具之間分離時間較短,而排屑顯得比較困難。解決這些不利因素可通過刀具設計和涂層技術來補救。但有時還不夠,必要時可適量使用冷卻和潤滑介質。切削加工中少量使用冷卻或潤滑介質也稱為準干式切削加工。實際應用方法包括壓縮空氣或冷風冷卻,在車削時可采用-20℃冷風及少量潤滑油;鉆削時可采用噴霧潤滑等。
干式切削加工意味著在鉆削、車削和鏜削過程中可以不用切削液,從而大大節約加工成本和保護環境。一般來講,減少切削液的使用可以節省10%~15%的加工成本。目前,歐洲和日本非常重視干式切削加工的研究。歐洲工業界已逐漸認識到干式切削加工的優勢,在大批量生產中,已有約10%~15%的加工采用了干式切削加工。