干式切削需要考虑的事项.doc

干式切削需要考虑的事项发布时间：2006-07-24 14:36 采用干式切削加工时，选定正确的机床和恰当的装备是很重要的。因为速度特别快，材料又常常较硬，干式切削加工时切削温度很高，机床必须刚性足、马力大。 在加工中心上进行干式切削之前，操作者应该尽量保持其工具伸出长度较短，主轴是处在刚度最佳的情况下，还要考虑机床的速度、额定功率。 谈到车床工近净成型(nearnet shape)的和淬硬的零件，刀具转塔可以对着机床刚性强的方向进行加工，因为这个方向的长导轨能把切削力分散。设计得好的机床，能直接在短导轨上分散这些切削力，并且刀架由最少的零件组成，却能移动和支撑刀具。在相对于柔性更重视精度时，则应该考虑用螺栓将一组刀具直接固定在横拖板上避免回转分度机构。 热稳定性对精度是非常关键的。一些制造商采用软件提高了他们的加工中心的精度，这些软件补偿了温度的影响。然而，控制温度应该从有效地排除热切屑开始，因此要排除密封的工作区内部重要的热源。 优秀的机床设计，机床里没有那些能聚集切屑的洼坑和高台。用排屑螺旋与传送器尽快将切屑排出机床外，而不用切削液协助冲走。如果排屑出了问题，用压缩空气取代液体。 为了保护滚珠丝杠、导轨，伸缩套管，防护罩、密封条和灰尘收集器还是需要的。如果需要一台干切削的机床，可以把原来设计好的机床从湿式切削操作转变为干式切削操作，通常也是比较便宜。需要添加的灰尘收集器和空气传送系统，比湿式切削加工相应的油雾收集器和冷却泵稍微贵些。 用干式切削加工操作成本也是比较低的，因为它避免了冷却液的管理和处理费用，其次是压缩空气耗电比冷却泵要少。因此，干式切削的应用会越来越广泛。（来源：中国机械网）干切削是切削加工的发展方向发布时间：2006-07-24 14:32 就在二十年前，切削液曾是非常便宜，在大多数加工过程的成本中，其所占比例不到3%。以至没有谁会对此多加注意。可是，现在不一样了，切削液在车间生产成本中所占比例上升为15%，这就不得不引起生产经营者的极大关注。 特别是那些含油的切削液已经成为一项很大的支出。更重要的是它的排放污染环境，国外环保部门要监控这些混合制剂的处理。而且，许多国家和地区也把它们划归为危险废物，如果其中含有油和某些合金，还要采取更为严厉的控制措施。再有，许多高速加工工序加了切削液会产生烟雾，环保部门也限制切削液烟雾释放量要在允许范围内，职业安全和职工健康管理部门为了降低切削液烟雾排放允许值，正在考虑一项咨询委员会的建议。其中包括制定比较高的切削液的价格政策。因此，越来越多的厂家开始采用干切，以避免这笔费用和与切削液处理相关连的麻烦。 以前，金属加工行业使用切削液已形成习惯，所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力，他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。也有许多人认为变湿切为干切，费用可能会更高。其实两种看法都不对。对于多数金切件，干切应该是标准加工环境。在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能，而且更经济。关键是要知道如何正确地选择刀具、机床和切削方法。尽管切削液在有些场合还是需要的，可是研究表明：由于今天的刀具材料有了很大发展，情况也在不断的变化。新的硬质合金牌号特别是那些涂层牌号，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合用切削液。 先来看看铣削，假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力，那它在到达切削区之前也就已经蒸发了，它的冷却效果是很小的甚至没有。而应用切削液刀具会产生温度的激烈变化，铣刀刀片自工件切出时冷却，再切入时温度又上升。尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生，但是加了切削液这种温度变化要大得多。温度急剧变化在刀片中产生应力，会导致裂纹的产生。 类似的情况在车削中也会出现，例如用非涂层硬质合金，在速度高于130m/min时，车削中碳钢，刀尖切入工件不到40秒，然后暴露在冷却液中，就能很明显地表现出热冲击的损害。这种热冲击加快了月牙洼磨损和后面磨损，从而大大地缩短刀具寿命。对于大多数车削加工，干切通常能延长刀具寿命。 然而，对于钻削则是另一种情况。钻削时切削液是必要的，因为它提供了润滑和从孔中冲出切屑。没有切削液，切屑可能粘在孔内，并且表面粗糙度平均值(Ra)可能达到湿钻时的两倍。在这种情况下，切屑液也能减少所需的机床扭矩，因为钻头边缘上与孔壁接触的点得到润滑。尽管涂层钻头也能够起到类似切削液的润滑效果，涂层还能减少切削力并能使磨擦阻力趋向最小。从总的效果来看，目前还不能完全代替切削液。用哪种型号的切削液要根据具体情况，润滑性切削液用于低速加工难加工材料以及表面粗糙度要求较高时比较好。而冷却能力较高的切削液，可以增强易切削材料高速加工性能，可以用于有产生积屑瘤倾向或有严格的尺寸公差的情况下。 可是许多时候用了切削液取得了某些效果，但它需要很高的额外费用，也带来非常有害的环境污染，这是不值得的。应该看到，现代的切削刀具能承受更高的切削热，具备高速切削所需的性能。必要时可以用压缩空气从切削区吹走热的切屑，以取代切削液。（来源：中国金属加工网）高速干式切削最好的涂层是氮铝钛发布时间：2006-07-24 14:33 现今，切削液通常不再必要的重要原因是有了涂层。它们通过抑制从切削区到刀片(刀具)的热传导来减缓温度的冲击。涂层的作用就象一层热屏障，因为它有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数。因此，这些刀具吸收的热量较少，能承受较高的切削温度。无论是车削还是铣削，涂层刀具都允许采用更高效的切削参数，而不会降低刀具寿命。 涂层厚度在2到18微米之间，它在刀具性能方面起着重要的作用。较薄的涂层比厚的涂层在冲击切削时，经受温度变化的性能要好，这是因为较薄的涂层应力较小，不易产生裂纹。在快速冷却和加热时，厚的涂层就象玻璃杯极快地加热冷却一样，容易碎掉。用薄涂层刀片进行干式切削可以延长刀具寿命高达40%，这就是物理涂层常用来涂圆形刀具和铣刀片的原因。PVD涂层往往涂得比化学涂层要薄，与轮廓结合得较牢固。另外，PVD涂层可以在低得多的温度下沉积在硬质合金上，因此，它们更多地应用于非常锋利的刃口及大的正前角铣刀、车刀。 虽然涂层材料氮化钛，在所有涂层刀具中占有80%。然而在高速干式切削的情况下，最好的PVD涂层是氮铝钛(TiAlN)，它的性能在高温连续切削时，优于氮化钛四倍，例如用于高速车削。TiAlN涂层对于处在较高的热应力条件下的刀具，也胜过其它涂层。象干式铣削及那些小直径孔的深孔钻削切削液难以到达的部位。 TiAlN在切削温度下比TiN更硬，且具有热稳定性，PVD涂层利用了它的抗化学磨损性能，它的硬度高达维氏3500度，它的工作温度高达1470F。材料科学家推测：这些性质可归功于非结晶的氧化铝薄膜，它是当高温时涂层表面中的一些铝氧化后，在切屑/刀具界面上形成的。 这项研究特意选用超薄多层PVD涂层，这种沉积过程产生的涂层由上百层组成，每一层仅有几个纳米厚。而一般的PVD涂层的沉积物只有几层微米级厚度的涂层。 尽管PVD涂层有很多优点，但是对于加工大多数黑色金属，CVD涂层仍然是更受欢迎。在CVD加工过程中，沉积温度比较高有助于提高结合强度，并且允许基体中有较高的钴含量，这样刀刃的韧性好，提高抗塑性变形的能力。由于CVD涂层比PVD涂层厚，就要求在它们的刃口处进行钝化，以防止涂层剥落，同时也能有助于提高刀具的抗磨损性能。允许采用进给量可达0.035英寸/转。 CVD是在刀具上沉积一层有用的氧化铝的过程，这是人们熟知的最耐热和抗氧化的涂层。氧化铝是不良导体，它把刀具与切削变形而生成的热量隔开，促使热量流到切屑中。这是一种极好的CVD涂层材料，主要用于在干切时使用的硬质合金车刀。它在高速切削时还能保护基体，是最好的抗磨料磨损和月牙洼磨损的涂层。 涂层刀片有较长的刀具寿命，它在干式铣削比湿式铣削更稳定。更高切削速度会使切削温度进一步升高。例如，在14000转/分和1575英寸/分的切削速度下干式切削加工铸铁，能把刀具前面的切削区加热到600700。其金属切除率就类似于铣削铝，这时在铸铁上产生的温度就高于常规刀具。（来源：中国金属加工网）未来金属切削加工发展趋势之一-干式加工发布时间：2006-07-25 13:50 干式加工是未来金属切削加工发展趋势之一。近年来，特别是工业发达国家，非常重视干式切削，为了贯彻环境保护政策，更是大力研究、开发和实施这种新型加工方法。切削液在工作中对降低切削温度起了很好的作用，也有利于断屑和排屑，但同时也存在一些问题，冷却液的使用、存储、保洁和处理等都十分繁琐，且成本很高。切削液对环境和操作者身体健康的危害一直受到使用限制。切削液的处理也不经济，这些费用常常被低估，因为它们包含在间接费用之中。据美国企业的统计，在集中冷却液加工系统中，切削液占总成本的14%-16%，刀具成本只占2%-4%。据预测如果20%的切削加工采用干式加工，总的制造成本可降低1.6%。因此未来加工的方向是采用尽量少的切削液，耐高温切削材料和涂层，使得干加工在机械制造领域变为可能。 干式加工刀具设计 刀具设计时总是考虑几何形状、刀具材料和涂层之间的相互兼顾，不可能只通过选择合适的刀具材料来用于干加工；或者只有涂层方法使传统的刀具变成干加工刀具。传统切削加工时，各种加工方式对刀具设计提出不同要求。干加工刀具必须具备下列条件：耐热性、耐磨性的刀具材料，切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小，刀具形状保证排屑流畅，易于散热，高的强度和冲击韧性。 干式加工刀具设计必须考虑3个方面： 1、几何形状。热效应是干加工的基本问题。刀具设计时要考虑使得刚开始加工产生热的可能性要小，因此必须切削力小，摩擦小。深孔加工刀具附加问题是、很难将切屑排出，因此刀具设计必须保证有好的切屑排出效应。在很小的加工力情况下，设计原则为，大前角和大圆度切削角。 2、刀具材料。干加工时切削材料最重要的时耐高温性。如果必须用大的前角的话，高硬度也是必需的。目前适用于干式加工的刀具材料有超细颗粒硬质合金、CBN、PCD、陶瓷和金属陶瓷等。 3、涂层。现今，切削加工可以不采用切削液的原因之一是涂层，它通过抑制从切削区到刀片的热传导来降低温度冲击。因此刀具材料可通过涂层处理，实现“固体润滑”减少摩擦和粘接，刀具吸收热量较少，能承受较高的切削温度，涂层在干式加工中有几种功能：将刀具和切削材料隔离，减少摩擦、隔热。干加工刀具通常是涂层，在刀具性能方面起着重要作用。TiAIN涂层有很好耐热性能和高温性能，它与TiN，TiCN相比，由于添加了AI，从而使刀具的抗氧化性能得到极大改善，非常适用于高速加工和干加工。它的性能在高温连续切削时优于TiC的四倍。 干式加工的冷却和润滑 干式加工时如果采用喷雾进行冷却，那么采用切削液时的负面影响就没有了。也就意味着，刀具和工件不用长时间冷却，切屑和刀具不用长时间冷却，切屑和刀具之间的分离时间较短，而排屑显得比较困难。解决这些不利因素的方法，可以通过上面所说的刀具设计和涂层技术来补救。尽管有所改善，但有时还不够，必须增加使用冷却和润滑。干式加工中冷却或润滑也称为准干式加工。实际应用的情况：压缩空气或冷风进行冷却，车削采用-20冷风及少量润滑油；喷雾润滑，用于钻削。 干式加工意味着可以在钻削、车削和镗削过程中不用切削液，可以大大节约成本和保护环境。目前，欧洲和日本非常重视干式加工的研究，一般来讲，减少切削液的使用可以节省10%到15%的加工成本。欧洲工业界已经逐渐认识到干式加工的优势，在大批量生产中，约有10%到15%的加工已经采用了干式加工。（来源：机经网）金属切削加工技术及刀具的最新进展发布时间：2006-07-14 14:51 本文主要介绍最近几年铣削、钻孔和车削技术的发展趋势及一些世界著名刀具制造商新开发的反映当前世界金属切削技术水平的先进刀具。 铣削加工技术及刀具 铣削加工技术主要有三种发展趋势：（1）高速铣削；（2）硬质和难加工材料铣削；（3）硬质和难加工材料的高速铣削。为适应三种发展趋势，各国著名刀具制造公司最新研发出以下几种先进刀具： Ceratizit公司(位于美国南卡罗来纳州的哥伦比亚市)新开发的HSC-11铣削系统，具有以下三大特点：能在56000rpm的高主轴转速下加工，切除率达3500cm3/min；刀片设计精良，并经微米级的超精加工；可用于加工各种材料，且可在各种条件下加工。 Kennametal公司（位于宾夕法尼亚州的Latrobe）新推出的硬质合金铣刀，在加工黑色金属材料时，能提高刀具使用寿命30%。KC935M硬质合金铣刀主要用于钢和球墨铸铁的干式或湿式切削；KC915M硬质合金铣刀主要用于灰铸铁和球墨铸铁的轻到中载切削。两种刀具表面都采用了中温CVD（MTCVD）多层复合涂层。另外，还对涂层进行了后处理，极好地提高了涂层的附着力，降低了摩擦系数，提高了涂层质量。 Walter Waukesha公司(位于威斯康辛州的Waukesha)开发出用于端面和台阶铣削的Xtra？tec铣刀系列，其中的F 4033型端铣刀选用的是具有8个有效切削刃的双面正方形刀片，由于刀片结构对称及受力均匀，特别适合于朝左右两个方向转位交换（切削刃），使用非常方便。F 4042型通用台阶式铣刀，以具有大正前角为主要特点。大正前角铣刀能使切削力降低，减少功率消耗和降低表面粗糙度，是粗、精加工钢制零件和铸件的最好选择。 几家刀具公司最近已将新开发的先进插进式铣削法（plunge-cut milling）运用于新型铣刀的设计中，以进一步提高铣刀的加工功能。Sandvik Coromant公司的CoroMill 210型铣刀就是复合了端铣和插铣两种功能，使进给速度提升为4mm/齿。在端铣时，则可使切除量提升至1400cm3/min，包括对较深型腔和外型深台阶采用插铣法加工。目前该铣刀提供的规格是直径2582mm。 Iscar金属公司（位于德克萨斯州Arlington）新开发出的PLX plungers插铣刀，具有可以方便地进刀和从较深型腔中退刀的特点，因而加工效率高。为了避免刀片破损和划伤加工好的零件表面，插铣刀专门设计有45的退让倒角。取消了有时为使刀具快速缩回（让刀）而专门设计的刀具移位程序。为实现使用一把刀具就能进行插式粗铣、精铣或半精铣，还精心设计了两个特殊结构的刀具切削刃。 同时研制出插铣刀的还有Stellram公司(位于田纳西州的LaVergne)。该公司新研制的7791 VS插铣刀，其轮廓铣削的生产率比传统铣削提高10倍以上，是轮廓铣削黑色金属和有色金属材料粗加工及半精加工的理想刀具。系统使用4个切削刃的刀片，从而可根据加工直径的不同，沿径向切削最大达8或11mm。 M.A. Ford 公司(位于爱俄华州的Davenport)新开发的TuffCut XR硬质合金立铣刀能用于所有材料的粗、精加工。该立铣刀目前已有240个规格，包括正方形柄部，多种尺寸的刀尖圆弧半径，短型、标准型、长型和超长型的槽长等。排屑槽的几何形状为heli-pitch，可减少加工中产生的谐振荡，允许进行大走刀量和高切削速度加工。目前该产品的直径规格有1/81和325mm，涂层为AlTiN。 Emuge公司(位于华盛顿州Northborough)为高效加工低含硅量（5%）铝合金研制出整体硬质合金专用立铣刀。其主要特点是，专门设计的刀具几何形状能极好地减小切屑和刀具间的接触面积，同时使切屑容易排除并减少刀具因严重磨损而产生破损的机会；刀具表面涂覆TiB2涂层。公司还为高效加工高硅铝合金研制出整体式硬质合金刀片和铣刀。孔加工技术与刀具 新型孔加工刀具的设计要求是通过在一个通用的钻体上安装多个直径不同的钻头，对不同直径的孔进行加工，从而提高加工柔性和省去以往多种刀具的库存。以Iscar公司生产的ChamDrill为例，它是在一个钻体上安装了直径为1mm内的几种钻头，可进行长径比为8的深孔加工。 Walter Waukesha公司开发出可替换切削刀片的B401X细晶粒硬质合金钻头。钻头的一个切削刀片只用一个螺钉固定连接。切削刀片的正前角几何形状和螺旋形排屑槽可保证良好的排屑性能和最小的切削力。标准型钻头的直径为1231mm，可加工长径比为7的孔；加长钻头系列可加工长径比为10的深孔。 Ghring公司（威斯康辛州Brookfield）开发出加工小直径孔的ExclusiveLine钻头，其主要特点是将通油孔的横截面加工成椭圆状，这样可使冷却液流量达圆形截面的两倍，并提高加工可靠性、延长刀具使用寿命。该公司还新开发出一种切削刃磨削工艺，能精密磨削直径小于0.8mm的小直径钻头。另外，Ghring公司最新开发出3种孔加工刀具涂层：Super A，用于难加工材料（如加工钛合金、镍铬铁耐蚀合金和淬火钢等）；Iec，适于干式、微量润滑加工及高速切削；AmoC，用于类金刚石性能的非晶碳材料的高效率加工。 OSG Tap & Die公司(伊利诺州Glendale Heights)新开发出用于深孔加工直径为2.520mm的整体硬质合金油孔钻头，它能连续加工长径比为30的孔。与枪钻相比，可提高生产率15倍。为提高排屑性能及高效加工，将微细晶粒的硬质合金钻头横刃设计为倒锥，并进行TiAIN表面涂覆处理。 车削加工技术与刀具 车削刀具的发展趋势是开发用于加工高硬度、高韧性等难加工材料的高速和大进给量刀具。 Kennametal公司的KB9640是一种表面经CVD工艺涂覆有多层氧化铝的整体式CBN车刀。刀具表面涂覆的多层氧化铝镀层具有较好的抗脆裂韧性和优良的对化学和磨粒磨损的综合抵抗能力，加上与坚韧的CBN刀具底层相配合，更适合于较大切削深度的高可靠性和高效率加工。其主要用途是对珠光体灰口铸铁进行大功率的粗、精加工和对淬硬钢、冷硬铸铁及硬镀层材料进行粗加工。 该公司还为航空、航天、医疗器械和食品制造业用材料的大批量加工开发出几种新型硬质合金刀具。其中的KC5510和KC5525刀具，由晶粒为纳米结构的硬质合金制成，表面涂覆有高性能的TiAlN涂层，可进行大功率切削，并能在高切削速度下保持较长的刀具使用寿命。另外，设计精良的断屑器几何形状能提供非常高的切削稳定性和优良的表面粗糙度。 采用Kyocera工业陶瓷公司新开发的CA4010硬质合金刀具可进行铸铁的高速加工。该刀具的主要特征是表面涂覆多层复合涂层，其中，表层为能抵抗氧化的TiN涂层；中间为较厚的微细晶粒Al2O3薄膜，可在高切削速度下，进一步防止刀具表面氧化；底层为TiCN涂层，能抵抗刀具的破损和微裂纹产生。另外，新型ZS型断屑槽几何形状能提高刀片的切削稳定性及切削刃强度，可用于间断及重载切削，并能在加工中减少振动。 曾获得专利的Xcel刀具由Sandvik公司生产，其主要结构特点是选择了80刀片，该刀片能提供高速加工，与菱形刀片相比，更适用于半粗加工超耐热合金和钛合金。80刀片同正方形刀片一样，可使用45切入角进行加工，因而编程容易，且减少了刀具的磨损。该刀具还具有能够加工复杂形状零件的拐角处、在有限空间提供优良的切入性、可进行两个方向加工的特点。与圆形刀片相比，能减少径向力且保持切屑厚度不变。 Seco-Carboloy公司新研制的TP3000用于有较大尺寸变化的零件车削，它可对单件小批量或大批量的大型零件毛坯进行间断切削和高速进给加工。 Iscar公司新开发的HeliTurn系统是针对高效车削加工而设计的，其主要特征是能沿切线方向夹紧螺旋形切削