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汽车厂发动机干式、准干式切削(MQL)基础一般地,都通过在散热器中填充冷却液而保持加工冷却。在制造业中也适合实施同样的预处理，其中经常采用冷却液来解决机床、刀具和工件热稳定性问题，同时还用它来排屑。但是冷却液是否对每个加工过程都一样是必须的？ 在一个加工过程的寿命周期操作成本中，冷却液成本大约占15%。这种成本不断上升。它包括与采购、过滤、分离、处置以及EPA(美国环保局)记录保存等有关的成本。冷却液处置的成本已经高出其初始成本，并且这种成本还在继续上升。对于冷却液的使用、处置和劳动保护，人们正在酝酿甚至更加严格的法规。因此，湿式加工中的冷却液是一个严峻的经济问题。一种可选项，即采用“最少量润滑剂”加工，或称MQL，正作为一种节省成本和符合环保要求的选项而替代某些湿加工过程。MQL可以大大降低冷却液成本，同时保护工人和环境。它还可以改善刀具寿命和表面粗糙度尽管刀具寿命通常是应用湿加工方式所考虑的原因。MQL可以保证更好的寿命，原因有二:(1)对于给定操作可以规定润滑的最佳浓度，(2)消除切削液中悬浮的硅粒子污染。MQL加工过程适合铸铁，也适合铝加工。存在的挑战(所有都在下面介绍)包括精密控制润滑剂混合系统、维持热稳定性、选择合适的切削刀具和排屑等。热的控制是MQL中需要考虑的一个重要方面，该过程可能需要重新设计以实现这一点。当用MQL方式加工图示转向节时，在加工前先对零件进行隔离直到它充分冷却为止。润滑剂的控制对所配置的润滑剂量进行控制是很重要的，因为不同的过程需要不同的润滑量。例如，铣削是一种表面操作，它需要最少量润滑。深孔钻削是一种需要不同润滑水准的操作。而对于攻丝和螺纹切削操作需要第三等级的润滑，因为其表面压力高。MQL混合系统的目的是提供精确量的悬浮微粒。也就是说，悬浮微粒的直径被保持到精确公差范围内以保持最佳加湿和润滑属性。在针对MQL设计的机床中，润滑性可以用零件程序中改变悬浮微粒的量和持续时间的参数加以控制。早期以这种方式采用油气混合物的尝试失败了，因为在高速情况下会出现油气分离现象。但是，新的系统已经被证明在维持润滑性方面如湿加工一样有效。一个实例是Cross Hller的“Specht Duo”，一种建造用于湿式或MQL操作的两主轴CNC生产模块，其中带有精密分配系统。这种分配系统被集成在电主轴外罩中。由CNC程序来控制提供精密润滑剂量的分配阀。润滑剂与空气混合以形成所需要的气/油悬浮粒子混合物。然后，它通过刀具中的导管进给到切削刃上。由于悬浮粒子的产生点和切削面之间距离短，因此可以对特定加工过程和切削刀具实现和维持最佳冷却和润滑条件。当主轴从一个加工孔位置快移到另一个时，悬浮粒子关闭。这就避免了在工件和机床表面的油积聚现象，减少了操作员清理机床的必要性。由于用MQL系统产生的切屑基本保持干燥，消除了费时又费钱的冷却液回收操作。硅污染除了控制润滑性外，MQL还通过消除悬浮在冷却液中的磨蚀性硅粒子而提高了刀具寿命和表面粗糙度。铝工件包括大约13%的硅，这种硅会降低刀具寿命和导致表面粗糙度很差。微细铝/硅粒子有可能悬浮在湿的加工冷却液中。尽管过滤系统滤掉了40 mm的粒子，但小于40 mm的粒子会穿过系统而与冷却液一起重新循环。MQL的热稳定性在应用MQL时，维护热稳定性和零件公差的策略包括减少引发的热量以及对热增长的补偿等。 通过改变加工工序的顺序可以减少热效应。在湿加工操作中，零件通常是先粗加工然后精加工。槽和腔体的粗加工，连同螺纹和攻丝工序都是在过程的早期进行的，然后进行精加工。但是在MQL加工中，粗加工被减少到使零件疲劳的程度。在零件热处理前进行精加工。一般地，具有紧密定位公差的轴承孔和榫钉孔将在过程的较早阶段进行精加工。然后，其他在完成精加工后进行的工序不受热侵蚀的影响，诸如钻削和攻丝等。有一种相关的MQL策略是隔离来料直至其温度稳定为止。铝轮转向节的加工过程提供了这方面一个实例。对于该过程，零件直接来自一个邻近的铸造厂。用一个温度测头测量来件的温度。如果温度太高，则零件排队隔离，直至它们足够冷却适合加工为止。一旦转向节达到了所需要的温度，就用机器人将它们装到机床中进行切削操作。如果库存量太小，不好隔离零件，则可选方式是对某特定零件开发一个专有温度补偿算法。之所以需要零件特定算法是因为复杂的零件在加热后可能不会均匀膨胀。在一个实例中，对一个汽缸头进行了人工加热以确定它的膨胀情况。从该试验开发了一个检查表，并将它包含在零件程序中。基于由测头测定的温度，在所加工的特征所处的位置上进行了自动补偿。在设计采用MQL的机床中，分配系统集成在主轴中。切削刀具用于铣削、钻削、攻丝、精加工凸轮孔和精加工阀座及导杆的MQL过程都需要在切削刀具中带有润滑导管。借助该导管，零件程序所规定的悬浮粒子润滑剂可以达到刀具的切削刃上。随着悬浮粒子被泵入刀具的导管中，任何通道直径的突然变化或者盲端都将阻止悬浮粒子的自由流动。悬浮粒子将对自己重新分级为较大的油珠，从而失去悬浮粒子的润滑性。因此，MQL加工中使用的切削刀具必须包括一个过渡段来支持MQL从主轴往刀具的流动。导管的路径(其分支以及方向的变化)必须有利于润滑剂流动，而导管出口的位置要确保润滑剂到达了刀具的切削刃上。排屑存在大量不用冷却液而高效排屑的技术。例如，带陡角的不锈钢切屑排出装置可以消除切屑巢现象；真空系统可以回收细雾和灰尘；切屑传送器可以将切屑从机床上排出。机床的污染采用一个响应性的混合系统加以控制。这样就可以免掉人工清理粘在机床壁上切屑的必要。MQL的实施免掉加工中冷却液产生了与热、刀具寿命以及排屑等相关的挑战，但是某些系统和策略却可以满足这些挑战的需要。不用冷却液的散热需要采用不同的方式来处理零件。还需要采用润滑剂导管的非标刀具(以及高性能涂层和耐热材料)。同时还必须采用排屑系统。此外，MQL的最佳实施需要利用适当设计的机床。这样的一台机床可以允许使用如在湿式加工过程中相同的进给速度和转速。刀具寿命与湿式加工的一样。只要油的混合和分配得到了精确控制，零件质量就如湿式加工过程中的一样好甚至要更好。在最后的分析中，MQL加工提供了一种经济上和生态上合理的、替代传统湿式加工过程的方式。金属切削行业有责任和义务开发更具可持续性的加工解决方案。虽然可持续发展的理念已被更好地定义和解读，但迄今为止，许多制造商仍然没有采取必要措施，实际应用能促进可持续发展的、成熟的先进加工技术。最小量润滑（MQL）就是此类“绿色”加工技术之一。该技术无需大量使用水基和油基冷却液，而是用少量与空气混合的润滑油替代这些冷却液，并将经过精确计量的油气流直接输送到刀具切削刃处。MQL技术基于一个简单的道理“更多并不代表更好”。加工时，应该只使用必不可少的、最低限度的切削液。采用MQL技术的制造商可以获得许多可持续的好处，无论从短期还是长期来看都是如此。他们的员工更安全，因为操作人员、熟练技工和工程师们不用再暴露于传统湿式加工的毒性、细菌和真菌威胁之中。MQL加工所用的少量切削油通常都是对人体危害较小的植物油或酯类化合物。他们的环境更清洁，因为没有必须按照严格的规定进行处理的废弃切削液。而且，这些好处可使人人受益，并有助于改变“制造业污染环境”的旧观念。此外，MQL加工产生的金属切屑基本上是干切屑，而且比传统湿式加工产生的切屑清洁得多。接近干燥的切屑更易于回收，作为一种再生材料具有更高的价值。大多数制造商仍然将“绿色”加工与更高的成本联系在一起。然而，当我们不用再支付湿式加工系统的投资和运行费用时，就更容易理解这些传统加工系统的使用成本到底有多高。冷却液的输送、加压、回收等环节成本不菲。除了购置供液、过滤、油雾收集等设备以外，湿式加工设备的运行也会产生持续增加的生命周期成本，具体表现为能源消耗、化学品保管与维护、切削液配制、废液处理等。下图所示为一个大批量生产铝合金汽车传动零部件的典型加工系统（使用水溶性冷却液）的投资和运行成本构成。事实证明，采用MQL加工技术并不会增加制造商的生产成本。本篇文章来源于 “切削技术网站” 转载请以链接形式注明出处 网址：/ReadNews/15415.html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。 干式切削及所用刀具材料的选用(上)干切削是切削加工的发展方向就在二十年前，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。 在干式切削中刀具材料的选用 1高速干式切削最好的涂层是氮铝钛现今，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。2金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD的选用切削速度越高就要求刀具材料更耐磨，还要求具有较高的热硬性。金属陶瓷、立方氮化硼以及两种适合精细加工需要的陶瓷-氧化铝和氮化硅(现代术语陶瓷包含氧化铝和氮化硅，而不象过去单指氧化铝。)，它们的应用日渐普及。聚晶金刚石是另一种干式切削情况下使用的刀具材料。在所有这些材料中，它们都有较高的红硬性和耐磨性，需要权衡考虑的是脆性较大。 (1)金属陶瓷是一种先进的硬质合金。金属陶瓷比常规硬质合金能承受更高的切削温度，但是缺乏硬质合金的耐冲击性、在中型到重型加工时的韧性、以及在低速大进给时的强度。金属陶瓷在小的和不变的负荷时，也象常规硬质合金那样，有差不多的刀刃强度。但是它在高切削速度下的耐高温和耐磨性能更好，持续时间更长，加工的工件表面更光洁。当用于加工软的和粘性的材料时，它也有较好的抗积屑瘤性能，表面质量很好。较好的高温硬度来自配料时加入的钛的化合物。金属陶瓷是硬质合金的一种型式，它含有坚硬的钛基化合物(碳化钛、碳氮化钛和氮化钛)，粘结剂是镍或镍钼。由于金属型粘结剂的温度局限性，典型的金属陶瓷牌号，在加工的材料硬度超过HRC40时，不具备足够高的热硬性。金属陶瓷比起涂层和非涂层硬质合金，对断裂和进给引起的压力更加敏感。因此，它最好用于高精度工件和表面质量要求较高时。理想的加工工序是切削那些连续的表面。车削碳钢时，进给量的上限通常是0.025英寸/转。一般用途的铣削，可以在高的主轴速度、中等进给量的条件下进行。如果满足这些条件，在大量生产时金属陶瓷能长时间地保持锋利的切削刃。如果金属陶瓷是在传统的切削速度和进给量下使用，比起硬质合金刀具能改善了刀具寿命和表面质量，也能提高生产率，对于切削合金钢时其提高幅度为20%，对于切削碳钢、不锈钢和软铁时为50%。(2)陶瓷陶瓷刀具类似于金属陶瓷，它比硬质合金有更高的化学稳定性，可在高的切削速度下进行加工并持续较长的时间。纯氧化铝可以耐非常高的温度，但是它的强度和韧性很低，工作条件如果不好，容易破碎。为了减低陶瓷对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷的韧性比硬质合金还是低得多。另一个提高氧化铝陶瓷韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。在组成上，晶须可高达30%。象氧化铝一样，氮化硅比硬质合金有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好。与氧化铝陶瓷相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不很好。可是，用氮化硅陶瓷可在1450英尺/分或更高的速度下加工灰铸铁。虽然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是应用必须正确。例如，陶瓷刀具不能用于加工铝，而对灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢和某些未淬硬钢、耐热合金则特别适合。可是对这些材料而言，应用得成功还有赖于开始切削之前刀具刃口外观的准备、机器和装备的稳定性和选用最佳的加工参数。(3)CBNCBN是一种非常硬的刀具材料，通常最好用来加工硬度高于RC48的材料，它有极好的高温硬度-高达2000，尽管比硬质合金要脆得多，比陶瓷耐热性和化学的稳定性要差，但是它比陶瓷刀具有较高的冲击强度和抗破碎性能。对于切削淬硬金属时，机床刚性可以稍差。此外，一些特制的CBN刀具能抵御高功率粗加工的切屑负荷，间断切削的冲击以及精加工时的磨损和切削热。对于要求严格的零件，应对设备进行适当的调整，以提高机器和装备的刚性。刃口倒钝应足够大以防止微观剥落和使刀具基体上有一定厚度的CBN层，这就能使刀具在高速、重负荷、剧烈的间断负荷下工作。这些特点使CBN成为粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁所选用的刀具材料。刀具带有一薄层CBN是比较脆弱的，但是它用于加工淬硬的铁合金又是比较好的刀具材料。CBN具有低的导热系数和高的压缩强度，经受得了由于高切削速度和负前角产生的切削热。在切削区内由于较高的温度使工件材料软化，有助于切屑的形成。负的几何角度加强了刀具，稳定了切削刃，改善了刀具寿命和允许在小于0.010的浅切深下进行加工。在干式车削淬硬工件的情况下，由于CBN刀具可以加工出小于16微英寸的表面质量，并能控制0.0005的精度，因此常用它取代磨削工序。CBN刀具很适合淬硬车削和高速铣削加工。而对于这个应用范围，陶瓷和CBN是重叠的。因此，进行成本效益分析是非常必要的，以确定哪一种材料将提供最好的效果。高速干式切削加工技术及其应用(下)(2)研究开发适合高速干式切削加工的刀具涂层对刀具表面进行涂层处理可减小刀具与工件表面之间的摩擦，减小切削力，降低对切削液润滑作用的依赖。目前，用于高速干式切削刀具的涂层技术主要有两类，一种是“硬”涂层，如TiN、TiC、Al2O3等。此类涂层刀具表面硬度高、耐磨性好，其中，TiC涂层刀具抗后刀面磨损能力很强；TiN涂层刀具则有较理想的抗月牙洼磨损能力。另一种是“软”涂层，如MoS2涂层、WS2涂层等。此类涂层刀具的优点是表面摩擦系数很低(约0.01)，切削时可减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦，故又称为自润滑刀具。例如，瑞士开发的“MOVIC”软涂层技术在刀具表面涂覆一层MoS2。切削实验表明，在Si含量为9%的铝合金工件上进行干式攻丝加工时，普通丝锥只能加工20个孔，TiAlN涂层丝锥可以加工1000个孔，而MOVIC涂层丝锥可以加工4000个孔。TiAlN是高速干式切削常用的涂层材料，它与基于MoS2的“MOVIC”软涂层结合使用时，可获得更好的加工效果。(3)优化刀具几何形状针对高速干式切削加工的特点，需要对高速干式切削加工刀具的几何形状和结构进行优化：减少加工刀具与工件表面之间的接触面积。如加大钻头的导程和倒锥角，以防止切屑阻塞，改善排屑性能。改进后效果明显，钻孔能力可提高数倍。如美国Carboloy公司把刀片制成超大正前角(+34）加强刃，前刀面呈多条弧形沟，以减少切屑与前刀面的接触，使切削温度大大降低，采用常规切削速度加工时，刀具寿命可提高34倍。考虑刀具表面的最大润滑性，防止产生积屑瘤。在高速干式切削加工时，可对细颗粒硬质合金刀具和PCD刀具的切削刃口作微小钝化，以刀具基体的强度来保持刃口的锋锐性，达到降低切削温度的目的。这样不但可保持刀具的优良性能，还可延长刀具的最佳使用寿命。在高速干式切削加工韧性材料时，断屑槽的断屑性能起着十分关键的作用。可针对不同的工件材料和切削用量，设计相应的断屑槽结构与尺寸，提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。在封闭空间进行高速干式切削(如干式钻削、干式铰削、干式攻丝等)时，则应增大刀具的容屑槽空间和背锥的锥度。例如，德国WZL的切削试验表明，在用硬质合金钻头干式钻削回火钢时(孔深30mm，孔径11.8mm，进给速度vc=80m/min，每次进给量f=0.2mm)，标准钻头只能钻削约400个孔，而经过优化设计、加宽了钻头排屑槽几何形状的钻头可钻削高达2200个孔，优势明显。2.3高速干式切削加工参数的选择针对高速干式切削加工比普通高速切削加工的切削力、切削热明显增大的情况，需要重新考虑权衡和合理选用相应的切削参数，以使高速干式切削加工过程的动态稳定性满足加工要求。2.4高速干式切削加工辅助技术如前所述，高速干式切削时切削力大、切削温度高，尤其在对某些超硬材料进行干式加工时难度很大，因此可以采用某些特殊加工辅助技术。如在对氮化硅(Si3N4)工件进行高速干式切削时，由于该材料的抗拉强度极高，使用任何刀具都会很快破损，此时可采用激光辅助切削技术，即用激光束对工件切削区进行预热，使工件材料局部软化(抗拉强度由750N/mm降至400N/mm)，这样可改善材料的可加工性，使切削力减小30%70%，刀具磨损降低80%左右，切削过程中的振动也明显减少，材料切除率大大提高，使高速干式切削得以顺利进行。此外，还可采用液氮冷却高速干式切削和高速准干式切削技术，其中，高速准干式切削(也称为最小量润滑技术，MQL)是目前已投入应用的一种新型切削技术。用MQL方法进行切削加工，工件和切屑可保持干燥、清洁，干净的切屑经过压缩还可回收利用，完全不会污染环境。该技术所需投资很少，但收效很大。据称，目前欧洲每年约需15000台具有最小润滑量装置的高速机床，而且需求量还在迅速增长。3.高速干式切削加工技术的应用高速干式切削加工技术是一种正在不断发展的新兴加工技术，随着诸多技术问题(如机床、刀具、涂层、切削参数等)的不断解决，高速干式切削加工的应用范围正进一步扩大。目前，高速干式切削加工在车削、铣削加工中的应用(尤其是铸铁材料的高速切削)已日益普遍；在钻削、铰削、攻丝、拉削和滚齿等方面也有重大突破。例如，德国格林公司用钛基硬质合金钻头进行高速干式钻孔时，切削速度高于200m/min，钻头装夹的同轴度小于0.01mm。该公司采用Ti(C，N)基硬质合金铰刀铰孔时，与使用刃口锋利的未涂层细晶粒硬质合金铰刀相比，铰孔表面光洁度更高，刀具寿命更长。Emuge UK公司开发出了用于高速干式切削的螺纹刀具。用该刀具加工低碳结构钢时，以15m/min的切削速度干加工1000个螺孔，丝锥未发生明显磨损；加工工具钢时，将切削速度降至10m/min，也能达到同样的刀具寿命；以5m/min的切削速度在含铬量10%的镍基合金不锈钢工件上攻螺纹时，可加工1000个螺孔；以20m/min的切削速度在HT300铸件上攻螺纹时，加工超过4000个螺孔，丝锥仍未出现明显磨损。据报道，美国Leistritz Carp.生产的新型PW系列CNC旋风机床具有多个滑动刀架，能完成车削和旋风铣削复合加工。该机床在一次安装工件后，可对螺纹或螺旋形工件进行多工序的干式切削加工。该公司还开发出用CBN刀具在硬度高达62HRC的硬材料上旋风干铣削精密螺纹的新工艺。美国生产的LC82型CNC干式切削滚齿机，工作台转速可达250r/min，在重切削范围内，滚刀转速为2000r/min，驱动功率为7.5kW。Ford公司用硬质合金滚刀进行干式滚齿，加工成本可下降44%，且滚刀寿命比高速钢滚刀湿式切削提高6倍(由原来加工39000个齿轮提高到252000个)。采用细晶粒TiN、Ti(C，N)或(Ti，Al)N涂层的硬质合金滚刀干式滚齿时，切削速度可达350400m/min。使用TiN涂层的高速钢圆拉刀干式拉削42CrMo4V合金钢时，拉刀寿命可比未涂层拉刀湿式拉削时提高3倍。此外，高速干式切削加工在铣削中的应用也相当广泛。例如：上海某汽车零部件加工企业在加工上海通用汽车公司别克轿车的排气管时，采用SECO公司的Tl50M黑色涂层硬质合金刀片干式铣削铸铁排气管端面(刀盘型号R220-43-0088-5，88mm，z=5；刀片型号OFET070405TN-16；刀片涂层等级T150M；切削参数：n=1100r/min，i=11.2mm，vf=600mm/min)，每个切削刃的切削寿命超过100件，与原来采用的另一公司的四方形陶瓷刀片相比，生产效率明显提高，且所用八角形硬质合金刀片有8个刃口，比陶瓷刀片的刃口数增加1倍，价格也更便宜，加工经济性显著改善。再如，SECO公司开发的整体结构PCBN牌号系列中的CBN300刀片已成功运用于上海通用汽车公司新建成的发动机柔性生产线上，用于干式铣削灰口铸铁缸体平面(刀盘型号822033-0100-12CT，z=8；刀片型号SNMN090312S；切削参数：ae=80mm，ap=45mm，f=0.15mm，vc=1600m/min)。该刀片加工时表现出优异的切削性能，铣削速度可达1600m/min，每个切削刃的工作寿命为170件，刀具寿命为普通PCBN刀片的4倍，与陶瓷刀片相比可提高50倍，大大提高了发动机的加工效率。4.前景展望高速干式切削加工技术是对传统的高速湿式切削生产方式的一种革命性变革，是一种理想的“绿色制造”工艺方法，是对传统制造观念和生产方式的一种挑战，它的推广应用将在机械制造行业引起广泛而深远的影响。国外对高速干式切削加工技术的研究已相当深入，且应用范围也比较广泛。我国对此项技术的研究及开发还处于起步阶段，与国外相比有不小差距，在实际应用中也遇到许多困难和障碍，涉及到观念更新和技术攻关两个方面，需要进行长期不懈的努力。但是，高速干式切削加工代替高速湿式加工是机械制造业未来的发展趋势，相信随着高速干式切削加工技术的进一步发展和不断成熟，它必将展现出广阔而美好的发展前景。福特推广准干式机械加工技术2013年10月21日 14:04来源：作者：刘晓冰分享到： 1作为对公司可持续发展的承诺的一部分，福特汽车公司将其准干式机械加工技术运用到全球六家工厂，而且这一数字将在未来几年内翻番。准干式机械加工，也被称作微量润滑或MQL，是指将压缩气体与极微量的润滑油混合汽化后，喷射到加工区进行有效润滑的一种机械加工方法。与这一方法相比，传统湿式机械加工则需要大量机械加工液来冷却并润滑用于制造发动机和变速箱的工具。对于一条典型的生产线来说，微量润滑每年可节省28万多加仑的水，这些水足以填满5,600个平均大小的浴缸。科隆发动机工厂通过采用微量润滑技术，其2011年到2012年生产单台发动机用水量减少了50%。“减少我们的工厂对环境的影响是福特整体可持续发展承诺的一个重要的组成部分。”福特环境质量总监Andrew Hobbs说，“通过在我们全球的工厂推广例如微量润滑这样的新工艺能让我们产生更大的影响。”微量润滑也减少了制造一台发动机或变速箱的机械加工过程中所使用的润滑油量，达80%甚至更多，约有100毫升，相当于一个普通水杯容量的一半。此外，在大多数发动机生产线上不再需要一个冷却系统，微量润滑还能帮助减少能源的使用。传统的湿式机械加工工艺会产生雾气，微量润滑却不会产生雾气，在工厂内提升了空气质量。目前使用微量润滑工艺的工厂有：长安福特发动机工厂（中国）克拉约瓦发动机工厂（罗马尼亚）科隆发动机工厂（德国）利沃尼亚变速箱工厂（密歇根州）罗密欧发动机工厂（密歇根州）Van Dyke变速箱工厂（密歇根州）“微量润滑技术将会被纳入未来的发动机和变速箱工厂的设施之中，以表明我们对于使用降低用水和资源要求的先进制造工艺的承诺。”福特动力总成系统运营制造总监Bill Russo说道。到2015年，福特将继续努力在每台车的制造过程中减少用水30%。从2000年到2012年，福特已经在全球减少用水62%，相当于10亿加仑的水量。更多关于福特环保措施的细节，可参阅第14部年度可持续发展报告。该报告涉及福特整体财务状况、福特汽车的燃油经济性、和安全相关的成果以及其他的可持续发展问题。汽车发动机 效率提升 干式切削 以技术为起点，以服务赢市场 位于河南省焦作市的瑞庆汽车发动机技术有限公司（简称“瑞庆公司”）是奇瑞汽车继开封基地后在河南实施的又一重大项目，主要从事小排量汽车发动机的研发及生产经营。瑞庆公司生产的小排量发动机是奇瑞汽车自主研发、拥有完全自主知识产权的经典发动机产品，目前市场保有量达150万台以上。瑞庆公司一期项目共有3条发动机生产线，目前生产272、372、372A、472和472WF五大系列汽油、柴油发动机，一期生产纲领44万台。其发动机产品除了用于奇瑞轿车与开瑞微车外，还独立供应摩托车及非道路用车制造商。 发动机是汽车的核心零部件，其特点是结构复杂，机加工难点较多。为确保产品质量，瑞庆公司的发动机生产线采用了大量的先进制造工艺、精良的制造装备和先进高效的刀具，为企业的长期可持续发展做好了充分的技术储备。凭借着优异的性能与稳定的产品质量，瑞庆公司在业界赢得了良好的声誉，吸引了国际用户的瞩目，目前年销往日本及美国的发动机产品达3万台以上。 先进刀具助力效率提升 在汽车发动机的大批量生产中，刀具费用虽然只占很小的比例，但其对整个加工效率的影响却非常之大。在生产过程中，瑞庆公司对于刀具的选用给予了高度的重视，瑞庆公司副总经理郭万山先生的观点非常之明确:“在生产过程中，生产工时及生产稼动率影响着生产效率，刀具的性价比将直接影响刀具加工成本。为了提高生产效率、降低生产成本，我们在选用刀具时严格遵循优选耐用度高、切削效率高及使用成本低的原则。”为了确保发动机生产线的高效生产和稳定性，瑞庆公司与国际知名刀具制造商瓦尔特展开了紧密合作。 在发动机箱体类零件的加工中，瑞庆公司大量采用了瓦尔特的硬质合金面铣刀和非标镗刀类刀具。据郭万山先生介绍，在实际生产中，瓦尔特刀具具有较高的切削速度，应用其刀具切削参数可提高20%，加工时间缩短10%，单台生产成本可降低15%，生产成本得到了有效控制，生产效率大大提高。例如：瓦尔特硬质合金粗加工面铣刀去除材料能力强、易排屑且寿命高，加工灰铸铁切削线速度可达250m/min，进给量0.25mm/z。精加工面铣刀具可达到很高的切削线速度（305 m/min），进给量0.2mm/z，切削速度快，并能得到较好的表面加工质量，实现表面粗糙度Ra1.6m。 在发动机缸体的加工中，瑞庆公司使用瓦尔特F4045型新铣刀盘和配套刀片后，令刀具加工耐用度提高了一倍多，如472缸体线精铣前后端面刀具T8005寿命由切削80件提高到200件，不仅减少了换刀次数，提高了加工效率，而且产品质量较原F2146旧型刀具也有了很大的提升。在瓦尔特汽车行业专家刑胜华看来，提高铸铁零件面铣加工效率，降低成本还有很大的潜力可挖。其中带有中等齿距的铸铁专用铣刀Xtra.tec七角刀片铣刀F4045，刀片形状为七边形，采用45主偏角设计。刀片为负型刀片，可以两面使用，每个刀片具有14个有效切削刃。和其他所有Xtratec 系列刀具一样，主切削刃具有正型的几何设计。因此，F4045 同样具有了 Xtratec 系列刀具的典型特征，切削轻快，机床功率消耗低。而另一款F4045标准品直径范围从 632