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高速干式切削的一点思考

       2015-03-01 来源:互联网作者:佚名热度:6655评论:0
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    核心提示:一、高速干式切削发展趋势所谓干式切削就是完全不用冷却润滑液的切削,而部分工序用冷却润滑液,部分工序不用冷却润滑液的切削,称为准干式切削,人们称它们为绿色切削。二十多年前,切削液非常便宜,它所占生产车间成本的比例不足3%,可现在切削液占生产车间成本的比例上升到12-1

一、高速干式切削发展趋势

所谓干式切削就是完全不用冷却润滑液的切削,而部分工序用冷却润滑液,部分工序不用冷却润滑液的切削,称为准干式切削,人们称它们为绿色切削。二十多年前,切削液非常便宜,它所占生产车间成本的比例不足3%,可现在切削液占生产车间成本的比例上升到12-15%,而且那些含油的切削液排放污染,以及切削液高温产生的烟雾治理,都会让制造厂家花费更多额外的费用。现在工业发达国家,非常重视干式切削的研究与应用,并且取得了可喜的进步。随着高速切削应用范围日益广泛,刀具材料和结构不断发展,机床性能的不断完善,高速干式切削的应用在不久的将来会越来越广泛。

在我国高速干式切削还没有引起人们的足够重视,很多人认为切削液是取得良好加工表面质量,提高刀具寿命的必需条件,切削加工不可能离开切削液的概念在他们心中根深蒂固,思想上一下子不能接受干式切削,存在着很大的思维惯性阻力。事实上,随着刀具材料的日益发展,新的硬质合金牌号刀具,特别是那些涂层牌号刀具,在高速、高温切削条伯下,完全可以不用切削液,切削效率会更高,特别是那些继续切削,切削区温度超高,更不适宜用切削液。例如,当切削区温度高于 130m/min时,刀尖切入工件不到40秒,切削液在到达切削区之前就已经蒸发了,冷却效果微乎其微,切削液反而会使刀具产生温度的激烈变化,尽管高速干式切削时,也会有类似的加热和冷却,但加入了切削液,温度变化会大得多,刀具自工件切出时冷却,切入时温度又骤然上升,刀具就会产生热应力,导致刀具产生裂纹,大大缩短刀具使用寿命。相反,高速干式切削通常能处长刀具寿命。例如,我厂原来在T618M上用YT30刀片精镗孔,刚开始使用切削液,切削速度为80m/min,做10-15件就要换刀,后改为用机夹小模块刀具SCGT09T308-PF、GC4015、切削速度为300m/,不使用切削液,可以做60-70件才换刀。

当然,并不是说,要人们现在马上就淘汰切削液,对于钻削来说,目前切削液还是需要的,另外,对于低速切削难加工材料以及表面粗糙度高的地方,暂时还离不开切削液,只是会带来非常有害的环境污染,需要花高额的治理费用。人们从现在开始心里上要接受并重视干式切削,并做好干式切削来临时的技术准备工作。高速干式切削对切削刀具和切削机床都有更高的要求。

二、对切削刀具的要求

高速干式切削刀具最重要特征是:耐高温性、耐磨性、高强度和高冲击韧性。目前,适用在高速干式切削的刀具材料主要有:硬质合多涂层刀具、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD)等,刀具材料必须根据加工材料和加工性质来选择。①硬质合金涂层刀具的涂层就像一层热屏障,具有能抵制从切削区到刀片的热传导,来减缓温度的冲击。用薄涂层刀片进行干式切削可以延长刀具寿命40%,涂层材料氮化钛(TiN)在所有涂层刀具中占80%,然而在高速干式切削的情况下,最好选用涂层氮铝钛(TiAlN),在高温连续切削时,TiAlN优于TiN四倍。②金属陶瓷是一种先进的硬质合金,比常规的硬质合金能承受更高切削温度,但缺乏硬质合金的耐冲击性、韧性和强度。金属陶瓷最适用于精度高、表面粗糙度高的连续表面的切削加工。陶瓷刀具类似于金属陶瓷,比硬质合金具有更高的化学稳定性,可以在高速切削条件下长时间地持续加工,特别适合加工灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢、未淬硬钢和耐热合金钢的切削加工,但它不能加工铝材。③立方氮化硼CBN是一种非常硬的刀具材料,具有极好的高温硬度,可以高达2000℃,尽管比硬质合金脆得多,比陶瓷耐热性和化学稳定性差,但是它比陶瓷刀具有较高的冲击强度和抗破碎能力。因此CBN刀具最好用于加工硬度高于HRC48的淬火钢。④聚晶金钢石PCD是最硬的刀具材料,它是最耐磨的,刀具寿命是硬质合金的100倍。PCD对黑色金属的亲和力,会引起化学反应,因此PCD材料只能用于加工非铁材料、有色金属,尤其是适用于磨擦很厉害的高硅铝金属。

高速干式切削,除了必须考虑刀具材料的选用外,还必须改进刀结构和几何参数。刀具与切屑之间的磨擦系数要尽可能小,排屑流畅,易于散热,宽阔的容屑槽有助于切屑的排除,增大刀具前角,可以减小切削力和切削热,刀具的前角可以适当加大些,另外,刀具主副切削刃连接处应有采用修圆刀尖或倒角刀尖,增大刀具圆角,加大刀尖附近刃区长度,能有效地提高刀具的高温强度和耐磨性。

三、对切削机床的要求

高速干式切削,选定正确的机床和恰当的装备是很重要的。切削机床必须足够高的刚性,较高的生产效率和机床精度的稳定性。机床的结构应设计成没有聚集切屑的洼坑和高台,能迅速排除切削热源,保持机床精度的稳定性。机床的冷却应采用喷雾、冷风或压缩空气。排屑方式常用排屑螺旋与传送器将切屑排到机床外,如果排屑器出了故障可以用压缩空气将切屑排到机床外。为了保护导轨、丝杆等精密零部件,机床应设计有防护罩和灰尘收集器。

四、结束语

高速干式切削可以保护环境和降低生产成本,刀具材料必须具有耐高温性、耐磨性、高强度和高冲击韧性,刀具结构要设计成切削力小、磨擦力小、排屑效果好的几何结构,采用大前角和大圆度切削角。切削机床必须较高的刚性、抗振性和热稳定性,机床要配有灰尘收集器和空气传送系统。


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