干式切削新技术

在切削加工中加注冷却液，为降低切削温度、断屑与排屑起到了很好的作用，但也存在着许多弊端。例如，维持一个大型的冷却液系统需花费很多资金。它需要定期添加防腐剂、更换冷却液等，花去许多辅助时间。加之由于冷却液中的有害物质，对工人的健康造成危害，也使冷却液使用受到限制。为此，干式切削则应运而出。 但同样，干式切削作为一门新技术，也带来了新的问题，使人们产生了许多模糊的认识。为此，美国Michigan技术大学（MTU）进行了大量的调查研究和比较性的切削试验，深入地分析研究了使用冷却液对工人的健康、刀具使用寿命、切削力和力矩及加工质量等多方面的影响，以提高人们对干式切削新技术的认识。 从他们所作的大量调查研究认为，冷却液的使用，会使生产环境恶化，长期接触，可感染皮肤病与气管炎等，给工人健康与安全造成威胁。所以，许多国家规定出严格的环卫标准，例如，由美国环境保护局（EPA）规定，要求空气中有害物质的允许含量，由原来的5.0mg/m3下降到0.5mg/m3，且空气中的有害物质允许的颗粒（PM）（直径大小）由原来的10µm下降至2.5µm。而要达到这样的标准，它需要高精度的冷却液过滤装置、空气净化设备等，所花费用是相当可观的，就其这一个缺点，已大大超过使用冷却液带来的优点。 一般人认为，切削中加注冷却液，可以提高刀具的使用寿命。然而，从MTU在切削速度为V=130m/min条件下，所作的切削试验证明，加注冷却液切削，由于加注过程的不连续性与冷却程度的不均匀性，使刀具产生不规则的冷、热交替变化，容易使刀头产生裂纹，进而引起刀具破损，极大地降低了刀具的使用寿命。 从MTU对钻削加工所作的100多次切削试验证明，不加注冷却液的干式切削，比加注冷却液的情况，将两倍以上地提高了内孔的表面粗糙度Ra。切削试验条件为，加工材料为AL304和AL390，刀具选用不涂覆的硬质合金钻头，选择通常钻孔时所用的切削参数。所以对内孔表面粗糙度要求的零件加工，尽量避免采用干式切削。同样，他们也对以上铝合金进行了镗削加工的比较性切削试验，结果证明，在相同加工条件下，所获内孔表面粗糙度，加与不加注冷却液，几乎没有关系。 从MTU对钻削加工所作的钻削试验证明，加注冷却液，可明显地降低作用在钻头上的切削力和力矩，尤其对于封闭式的切削加工影响更大，例如，从他们对攻丝加工所进行的切削试验也充分证明了这一点，还有深孔加工、拉削、锯削等。 然而，他们选用表面经涂覆的硬质合金钻头，进行干式切削试验。由于涂覆刀具所具有的硬度高、切削性能好又具有很好的润滑作用（同加注冷却液的效果相同，减小了刀具/工件间的摩擦）等优点，因而使作用在钻头上切削力和力矩的测量数据，基本上与加注冷却液情况下相等（除封闭式切削加工）。同样，对以上铝合金进行了镗削加工的比较性切削试验，结果证明，在相同加工条件下，作用在钻头上的切削力和力矩大小，加与不加注冷却液两种情况，同样几乎没有区别。 由MTU对镗削加工试验中的试件内孔，分时段，在不同轴向和径向位置上进行切削温度测量，并根据所受切削温度进行有限元分析。结果表明，不加注冷却液可使试件内孔不同位置的切削温度上升，将使加工内孔的尺寸变大。所以，对于内孔尺寸精度要求高的零件加工，却面临着一个是否加注冷却液的选择问题。 由以上几个方面可以认为，对于零件尺寸精度、表面粗糙度要求不高的非封闭式的切削加工，完全可以采用干式切削。而对于尺寸精度、表面粗糙度要求高的非封闭切削加工，需采取一系列的技术措施，例如，提高主轴转速、减小进给量等，这些势必提高生产成本。但经计算分析，这些费用正好与取消冷却液的费用相等。加之采用最新的制造技术，如使用新型刀具材料、采用高速切削技术等，完全可以替代通用加工技术。