干式切削加工.doc

绿色制造中的干式加工绪论：由于生态效益和经济效益的驱动，绿色制造技术被广大的学者提了出来。对于传统的机械加工方式而言，干式切削加工方式是最可行的应用之一。要实现干式切削有许多问题需要解决，主要是关于刀具、机床和切削参数方面的。这几个方面的选择要兼顾，才能很好的实现干式切削。干式切削是我国未来的机械加工发展的一个趋势。关键词：干式切削 技术 材料 涂层 意义Abstract：As the drive of the ecological and economic benefits, green manufacturing technology has been put out by the majority of scholars. In terms of the traditional manufacturing , the method of dry cutting is one of the most feasible application. In order to achieve the dry cutting, there are still many problems to be solved, mainly about the tools, machine tools and cutting parameters.In order to make a right choice,you had better think all of those factors. Dry cutting machining is a trend in the development of manufacturing in our country.Keywords:Dry cutting Technology Material Coating Significance 随着环境意识在全球范围内的增强以及环保法规的要求越来越严格，传统加工方式中所用的切削液对环境的负面作用也越来越明显。与此同时，对环境无污染的绿色制造被越来越多的国家和企业所认可，被称为是可持续发展的现代制造业模式。干式切削加工由于不使用冷却液，可获得洁净、无污染的切屑，省去了大量处理费用，为用户降低了不少成本。在这样的历史背景下，干式切削技术就产生了，并从上世纪九十年代中期以来迅速发展，是先进制造技术的一个比较前沿性的研究课题。1、 绿色制造的定义 近年来,由于严峻的资源和环境形势，产生了绿色制造的概念。所谓的绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,是一个面向环境的复杂的制造系统工程,它把制造过程中涉及到的每一个环节、每一个因素都与对环境的影响和资源的利用紧密结合起来。绿色制造的目标是使得产品从设计、制造、使用到报废、回收、处理的全产品生命周期中,对环境的负面影响达到最小、资源效率最高、能源消耗最低,实现经济效益和社会效益的协调和优化。 据统计,造成全球环境污染的70%以上排放物来自制造业,它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。因此，绿色制造作为一种新型的制造模式,适应了时代的发展要求，是现代制造业未来的发展方向。 干式切削加工在传统的机械加工方法中，采用了无液切削模式，减少了对环境的污染、节约了大量资源，是绿色制造理念在传统机械加工领域中的一种具体可实践的应用。2、 干式切削加工的定义及特点干式切削是为保护环境、降低成本而有意识地不使用切削液，在无冷液条件下进行切削加工的切削加工的方法。干式切削由于没有切削液，它的实现就需要用性能优良的切削刀具、先进的机床以及辅助设施替代传统切削液的作用。只有这样才能在不使用切削液的情况下，同时保证被加工件的精度及其他方面的要求，同时保证产品的加工效率。现代干式切削技术，就是要研究、寻找不使用(或少使用)切削液，能起到降温、润滑、排屑三个作用，改善切削条件、满足加工要求的方法。目前，国际上流行的不使用切削液的切削方法主要有：完全不使用切削液的全干式切削(高速干式切削法)；用气体混合微量润滑剂代替切削液的半干式切削（低温冷风切削法）。 干式切削加工通过先进的刀具、现代的机床和合理的工艺相配合，具有许多优越于传统机械加工的特点：（1）切屑干净清洁无污染，易于回收和处理 （2） 省去了切削液传输，回收，过滤等装置及相应的费用，简化了生产系统，降低了生产成本 （3） 省去了切削液与切屑的分离装置及相应的电气设备。机床结构紧凑，减少占地面积 （4） 不会产生环境污染（5）不会产生与切削液有关的安全事故及质量事故。三、干式切削技术面临的主要问题及解决方法干式切削的工艺方法从原理上讲并不新鲜,且已在生产中有较长时间的应用,比如铸铁的加工就不使用切削液。现代制造中的干式切削不仅仅局限于铸铁材料的加工,而是力图在所有材料加工及所有加工方法中均不使用切削液。干式切削技术并不是简单地取消切削液就能实现,由于在干式切削过程中缺少了切削液的冷却、润滑和排屑作用,会导致刀具与工件间的摩擦增大、切削温度升高、粘连加剧和切屑堵塞,从而造成刀具寿命缩短、加工精度和切削效率的下降。为克服由于缺少切削液而造成的困难,需要通过开发和应用耐热的刀具材料及涂层,设计合适的刀具几何形状,以及通过采用适合于干式切削的机床和选择相应的切削参数等措施来解决冷却、摩擦、排屑等问题。1、干式加工刀具设计。干式切削技术刀具设计时，要考虑道具的几何形状、材料和图层之间的兼容性。就是要在没有切削液的条件下，创造与湿式切削相同的切削条件。因此,对刀具提出了更高的要求。1.1刀具材料。由于干式切削时会产生强烈的摩擦和极高的温度,所以用于干式切削的刀具要具有较高的高温硬度和耐磨性。目前,用于干式切削的主要有超细颗粒硬质合金、立方氮化硼(CBN)、和聚晶金刚石(PCD)、陶瓷和金属陶瓷等刀具材料。(1）超细颗粒硬质合金硬质合金中P类硬质合金有最好的耐高温性，因此适用场合需要大前角的话，细颗粒硬质合金有很好的韧性和韧口强度。故此材料适合与干式加工，如转头、深空钻、刀片。 （2）CBNCBN主要用来加工铸铁和淬火钢。淬火硬度HRC60-65、HRC70等应共建可采用CBN进行干式加工，以取代磨削来加工的工序。另外，CBN加工铸铁时，切削速度可以大幅度提高。为提高铸铁在高速切削的寿命可采用干式切削。（3）PCD 金刚石工具主要用在铜合金、铝及铝合金，钛及其合金，也可用于及耐 磨的高性能材料，如纤维增强的塑料，金属复合材料，木材复合材料。PCD刀具干式加工铝合金可以达到很高的切削速度和很长的刀具寿命，采用锋利的切削韧和大正前角高效切削这些材料，是切削压力和屑瘤达到最小。 （4）陶瓷和金属陶瓷 陶瓷和金属陶瓷做成的道具发展很快，是耐热性、高温硬度、化学稳定性好的刀具材料。因此，也适合与干式切削加工铸铁和淬火钢。 金属陶瓷是硬质合金的一种类型，它含有钛基化合物，粘结剂是镍或镍钼。它在加工材料硬度超过HRC40时，热映性较差，主要适用于高精度工件和表面要求较高时。 1.2 涂层。涂层的作用在于在刀具与切削材料之间筑起一道屏障,以阻拦大部分切削热向刀体传导,因而能保证刀具切削刃锋利,使刀头硬度不会很快下降,可大大提高其耐高温性能。 现今，切削加工可以不采用切削液的原因之一是涂层，它是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”来减少摩擦和粘结，刀具吸收的热量较少，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。 1.3刀具几何形状与结构。优化刀具的几何角度和提高刀具排除切屑的能力,可在很大程度上减少热效应的影响。去热是干加工的基本功能。刀具设计师要考虑使得刚开始加工产生热的可能性要小，它们必须：切削力小和摩擦小。2、机床。在干式切削中,选定正确的机床和恰当的装备是很重要的。由于其加工速度很快,材料又常常较硬,切削温度较高,因此机床必须刚性好,功率大。同时也对机床的排屑、防尘和热特性提出较高要求。3、切削参数和加工方式的选择。为了在干式切削方面取得较好的效果,选择适宜的切削参数比如主轴转速、进给量和切削深度也很重要。提高机床转速实际上是缩短了产生热量的时间以及热量传入工件的时间。在切削过程中如果利用改变断屑槽的方法不能充分控制切屑,增加进给量通常能得到最好的效果。通常情况下,减少切削深度既可减少刀具与热源的接触面积又可减少切削时的负载。4、干式加工的冷却和润滑干式加工是如果采用棚屋进行冷却，那么采用冷却液加工似的负面影响此时就没有了。也就意味着，刀具和工件不用长时间冷却，切削和道具之间的分割时间较短，二排泄显得比较困难。解决这些不利因素的方法，可以通过上面说说的刀具设计和涂层技术来补救。尽管这些有所改善，但有时还是不够的，还需增加使用冷却和润滑。干式加工中加入冷却或润滑也称为准干式加工。实际应用的情况：一、压缩空气或冷风进行冷却。二、喷雾润滑。四、发展干式切削技术的重要意义 追求生态效益和经济效益是推动干式切削技术发展的主要动力,在市场竞争日趋激烈,环境保护意识普遍提高的今天,开发和推行干式切削技术已成为现代制造业的一项迫切任务。在过去,人们更多地把保护环境的重点放在了污染物的“末端”控制和处理上,而忽略了对污染物的全过程控制和预防。越来越多的事实表明,在制造全过程的各个环节都有产生环境问题的可能性,如果从制造的准备阶段就开始对制造的全过程以及生产完成后的产品进行全面的分析评价,对可能产生的环境问题事先进行预测,环境面临的危害就会大大减轻,这一点可以说是绿色制造的核心所在。从这个角度来说,如果能大力推广干式切削技术,减少切削液的使用,一方面可以减少对切削液环境的污染,另一方面可以降低能耗,降低制造成本,具备绿色制造的重要特征,因此可以说干式切削技术是绿色制造在切削加工中的具体体现和应用。由此，可以说二十一世纪，干式切削加工是机械加工的一个发展趋势。参考文献：1李开佛.绿色加工工艺-干式准切削.机械与金属2周里群.CBN涂层其在刀具的上的应用.工具技术，2003第1期3李如松. 丛建滋等.正在兴起的干切削技术.国际机械工业商情网4楚开宇；绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展J;工具技术;2008年08期5王艳华;准干