淺議干式切削技術

摘 要:干式切削是一種綠色制造工藝技術，它已成為金屬切削加工發展的趨勢之一。干式切削技術是一種不用或微量使用冷卻潤滑液的綠色切削技術。綠色干切削技術通常應用于高速切削場合，所以又稱為高速干切削。相對于濕切削，干切削不產生煙霧及排放油污，是適應全球日益迫切的環保要求和可持續 發展戰略而發展起來的一項綠色切削加工技術。

關鍵詞:綠色切削技術 高速切削 冷卻和潤滑 微量潤滑技術

中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0079-01

1 干式切削加工對刀具的要求

切削刀具的性能取決于刀具材料和刀具結構及幾何參數。不同加工方法對刀具的設計側重點有所不同。對于干式切削加工刀具必須具備下述性能:(1)刀具應具有較高的耐熱性和良好的耐磨性。(2)切屑和刀具之間的摩擦系數要盡可能小。(3)刀具形狀要保證排屑流暢和易于散熱。(4)刀具應具有更高的強度和耐沖擊韌性。在實際生產中，應根據工件材料的物理、力學性能和工序特點，合理選用刀具材料、涂層，優化刀具結構和幾何參數，并注意刀具材料與工件材料的匹配，才能設計和制造出適用于干式切削的刀具。

1.1 干式切削加工的刀具材料

干式切削時刀具材料最重要的是必須具各高的紅硬性和高的耐沖擊性。目前適用于干式加工的刀具材料有超細顆粒硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷及金屬陶瓷材料、金剛石(PCD)及立方氮化硼(CBN)等。

硬質合金是高硬度、難熔的金屬化合物(主要是WC、TiC等，又稱高溫碳化物)微米級的粉末，用鈷或鎳等金屬作粘結劑燒結而成的粉末冶金制品。其中高溫碳化物含量超過高速鋼，允許切削溫度高達800～1000℃。切削中碳鋼時，切削速度可達1.67～3.34m/s(100～200m/min)以上。

涂層刀具、涂層材料及涂層方法涂層刀具的特點涂層刀具結合了基體高強度、高韌性和涂層高硬度、高耐磨性的優點，提高了刀具的耐磨性而不降低其韌性。涂層刀具通用性廣，加工范圍顯著擴大，使用涂層刀具可以獲得明顯的經濟效益。一種涂層刀具可以代替數種非涂層刀具使用，因而可以大大減少刀具的品種和庫存量，簡化刀具管理，降低刀具和設備成本。

陶瓷刀具硬度高、耐用度高，還可用于沖擊負荷下的粗加工，切削效率顯著提高。主要用加工冷硬鑄鐵、淬硬鋼和高速切削。目前的種類主要有純氧化鋁陶瓷、復合氧化鋁陶瓷、復合氮化硅陶瓷。

金剛石刀具既能勝任陶瓷、高硅鋁合金、硬質合金等高硬度耐磨材料的切削加工，又可切削其他有色金屬及其合金，使用壽命極高。但它不適合加工鐵族材料，因為金剛石中的碳元素與鐵元素有很強的化學親和性。金剛石刀片的切削刃可以磨得很鋒利，可對有色金屬進行精密和超精密的高速切削，加工表面粗糙度Ra可達0．01～0．1μm。目前，金剛石復合刀片在鉆探工具、石材的鋸切工具及加工有色金屬的切削刀具上應用較廣

聚晶立方氮化硼刀片可用機械夾固或焊接的方法固定在刀柄上。也可以將立方氮化硼與硬質合金壓制在一起成為復合刀片，能以加工普通鋼和鑄鐵的切削速度切削淬硬鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等，從而大大提高生產率。當用以精車淬硬零件時，其加工精度與表面質量足以代替磨削。

1.2 刀具結構和幾何參數

干式切削時，刀尖和刃口材料承受的熱負荷大大增加，容易產生各種刃口損傷．最終導致刀具失效。為了保證工件加工質量和刀具壽命，要求刀具設計時要考慮加工時產生的切削力和摩擦力要小，排屑效應要好。干式切削刀具必須對刀具結構和幾何參數進行優化設計，如①設計使刀具為負前角或使前后刀面凸起，以延緩月牙洼對刀刃的損害。②增大負刃傾角，改善刀刃及刀尖的切入狀態，以提高刀具的抗沖擊和抗熱震能力等等。

2 干式切削的冷卻和潤滑

在高速切削過程中，刀/工摩擦接觸區的高溫、高壓、高頻沖擊等對刀具性能提出了嚴峻考驗。尤其在高速切削具有高硬、高強、耐高溫特性的難加工材料時，由于高切削溫度和摩擦導致刀具急劇磨損往往是制約高速切削應用的約定性因素。因此，加工中良好的冷卻和潤滑是難加工材料高速切削對切削介質的關鍵條件。如何選用合理有效的冷卻潤滑方式，以改善刀/工摩擦狀態和抑制刀具磨損，從而提高加工質量和加工效率，是推廣應用高速切削技術時必須考慮的重要技術要素。

微量潤滑(Minimal Quantitiesof Lubricant，MQL)切削是國內外都比較重視的一種準干式切削，它將壓縮空氣與少量的潤滑劑混合汽化，將形成的毫、微米級氣霧噴向切削區，對刀具與切屑、刀具與工件的接觸界面進行潤滑，以減少摩擦和防止切屑粘到刀具上，同時也冷卻了切削區并有利于排屑，從而顯著地改善了切削加工條件。

微量潤滑技術是一種有效的綠色制造技術，在潤滑、除屑等方面具有突出優勢，此技術的利用可避免傳統切削液使用的種種弊端。

由于噴霧冷卻具有良好的冷卻和潤滑效果，在切削加工過程中應用噴霧冷卻技術可顯著提高切削加工生產效率和零部件加工質量。

3 結語

切削技術是機械加工工業的關鍵技術，其發展水平決定著一個國家機械制造業的面貌。目前，高速(超高速)干式切削技術和無污染的生態切削液是綠色切削技術的發展重點。在21世紀的制造業中，綠色切削技術將得到更快的發展和更廣泛的應用?？梢?，干式切削是切削技術發展的趨勢，但在相當長時間內還不能完全實施，即在過渡期內還要使用切削液，因此開發具有綠色性能的切削液及相應的冷卻潤滑技術勢在必行。為使此項技術能夠更好地應用于機械制造過程，還應系統深入地研究新型綠色切削技術的應用。

參考文獻

[1]張劍，金映麗，馬先貴.現代潤滑技術，冶金工業出版社，ISBN:7502444436.

[2]潘傳藝，張晨輝.金屬切削加工潤滑技術的應用，中國石化出版社.ISBN:978-7-88029-176-6

①作者簡介:宮篤篪(1969—)，男，安徽淮南人，學歷是本科，江蘇徐州機電工程高等職業學校，職稱是講師，主要研究方向為機械制造與自動化。