干式切削工藝的應用
2014-2-23 來源：數控機床市場網 作者：-
干式切削工藝的成敗，關鍵在于找到一種代替冷卻和潤滑的方法。目前，比較成功的干式切削法有兩種：高速干式切削和低溫冷風切削。
一、高速干式切削與低溫冷風切削
高速干式切削法該加工方法是在無冷卻、潤滑油劑的作用下，采用很高的切削速度進行切削加工。干式切削必須選用適當的切削條件。首先，采用很高的切削速度，盡量縮短刀具與工件間的接觸時間，再用壓縮空氣或其他類似的方法移去切屑，以控制工作區域的溫度。隨著數控技術的廣泛使用，機床剛性和動態性能不斷提高，提高機床的切削速度并非難事。實踐證明，當切削參數設置正確時，切削產生的熱量80%可被切屑帶走。
高速干式切削法對刀具有嚴格的要求：①刀具應具有優異的耐高溫性能，可在無切削液條件下工作。新型硬質合金、聚晶陶瓷和CBN等切削材料是干式切削刀具的首選材料；②切屑和刀具之間的摩擦系數要盡可能小（最有效的方法是刀具表面涂層），并輔以排屑良好的刀具結構，減少熱量堆積；③干式切削刀具還應具有比濕式切削刀具更高的強度和抗沖擊韌性。
低溫冷風切削該切削方法是一種用-10~-100℃的冷風和非常微量的植物油代替冷卻和潤滑油劑冷卻的加工方法。它由日本明治大學的橫川和彥等最先提出。研究發現，在金屬切削加工過程中，如果只給加工點提供非常微量、潤滑效果良好且未氧化的植物油，加工點就會因高溫而喪失潤滑性。若給加工點提供冷風（-10~-100℃），就可以防止加工點的高溫化，避免上述情況發生。 冷風切削時切削性能大大提高。試驗表明，冷風切削、磨削在性能方面比油劑切削、磨削提高了2倍以上。有、無植物油切削劑與冷風時的切削性能對比情況。可以看出，僅使用冷風切削就比使用植物的效果好，而冷風與微量植物油一起使用時，刀具的切削性能進一步加強。試驗時的切削條件：工件直徑：f92~f98mm,切削速度：45.1~48.0m/min,進給：0.5mm,切削刀具：刀尖半徑R0.4,相當于SKH4高速鋼，不重磨刀片。
▲無精密潤滑油，無冷風加工；-有精密潤滑油，無冷風；●有精密潤滑油，有冷風；◆無精密潤滑油，有-16.7℃冷風有、無植物油切削劑及冷風時的切削性能使用溫度非常低的強冷風加工時，為防止油劑凍結而喪失潤滑性，可在加工前，在刀具表面涂上微量的植物油，然后給加工點供應強冷風。即不讓強冷風與油劑混在一起，效果會更好。使用微量植物油劑，不但降低了切削能耗，而且還消除了工件銹蝕現象。
二、干式切削在齒輪加工領域的應用
新的硬質合金涂層方法和數控機床的使用，使圓柱齒輪制造出現新趨勢：無冷卻的硬質合金刀具高速切削。若工藝參數按最佳設置，可使加工時間短，刀具壽命更長。日本三菱公司、美國格里森公司等都在這方面開展了卓有成效的研究。
日本三菱公司推出了世界上第一套干式滾切系統。它采用的切削速度是傳統滾切速度的）倍，可達到200m/min.干式滾切對滾刀有特殊的要求，三菱公司設計的專用干式滾刀，采用MACH7高速鋼，表面涂有專用涂層，有助于散熱并減少刀具損耗，其壽命可延長到一般濕切方式的5倍。這一系統在加工汽車末級傳動齒輪、大型載重齒輪、汽車小齒輪及行星齒輪時效果都很理想，生產成本至少降低40%.
美國格里森公司用硬質合金滾刀在Phoenix機床上用干式切削法加工錐齒輪，與傳統的高速鋼刀具濕式切削法相比，降低切削時間為50%,而且齒輪的表面粗糙度顯著降低和幾何精度也大大提高，加工精度可達AGMA12~13級。該公司生產的GP系列滾齒機，以其獨特的設計，使其干切質量能與濕切質量媲美。其床身設計成大角度斜坡，以利切屑流動。床身內部循環冷卻，以利于維持熱平衡。此外，機床還配有一套真空除屑除塵系統。這一系列滾齒機，滾切轉速可達3000r/min. 高速干式切削法有如下優點：首先，由于它省去了油屑分離過程，無冷卻潤滑油箱和油屑分離裝置以及相應的電氣設備，因此，機床結構緊湊。其次，這種方法極大地改善了加工環境；加工費用也大大降低。為進一步延長刀具壽命、提高工件質量，可在齒輪干式切削過程中，每小時使用10~1000ml潤滑油進行微量潤滑。這種方法產生的切屑可以認為是干切屑，工件的精度、表面質量和內應力不受微量潤滑油的負面影響，還可以用自動控制設備進行過程監測。
美國費特公司（LMT-Fette）用硬質合金刀具干式滾切齒輪，使齒輪單件加工時間和成本明顯降低。日本堅藤鐵工所開發的KC250H型干式滾齒機，采用硬質合金滾刀、冷風冷卻、微量潤滑，進行高速滾齒，由于供給的是溫度穩定的冷風，工件的熱變形極小。它與傳統的采用高速鋼滾刀KA220型濕式滾齒機相比，加工速度提高了3.2倍，齒輪精度也明顯提高。
三、小結
干式切削與濕式切削相比，不但極大地提高了機床生產效率，降低了工件加工成本，而且有利于保護環境，節約自然資源。在國外，干式切削的研究和應用都比較廣泛，據有關部門統計，目前在西歐已有近一半企業采用干式切削加工。國內雖有部分機構在從事這方面的研究工作，但在齒輪加工領域內的應用還是空白。
ISO和JIS14000系列標準分別于1996年制定生效，這些標準對環境管理及監測有嚴格的規定。它們的實施，無疑是對我國機床產品出口的又一次挑戰。為提高我國產品的技術含量和工藝創新能力，在國際市場競爭中立于不敗之地，開展干式切削加工技術的研究和開發是十分必要和迫切的。
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