淺談干式切削加工技術

劉偉

摘 要 實現干式切削加工的關鍵技術，近年來，特別是工業發達國家，非常重視干式切削，為了貫徹和執行環境保護政策，更是大力研究、開發和實施這種新一代的加工技術。

關鍵詞 刀具；機床；切削液；高速干式切削

前言

干式切削技術是為適應全球日益高漲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。

1 什么是干式切削

干式切削是在加工過程中不使用冷卻潤滑液而采用壓縮空氣冷卻刀具的一種加工工藝，它是目前在機械加工中為保護環境和降低成本而有意識地停止使用切削液的加工方法和技術[1]。

2 為什么要采用干式切削

為何要選用干式切削加工技術主要出于經濟和環保兩方面的考慮，第一是切削液的大量使用會造成生產成本的大幅提高；第二是切削液會嚴重污染加工工區環境，加工過程中使用的切削液無論是乳化油或者是切削油，在加工的過程中揮發在空氣中的噴霧狀氣體都會對操作工造成極大的健康損害，所以在條件允許的條件下，盡可能采用干式切削[2]。

3 實現干式切削存在的一系列問題

干式切削不是簡單地停止使用切削液，而是要在停止使用切削液的同時，保證高效率、高質量、高的刀具耐用度以及切削過程中的可靠性、可行性，這就需要用性能優良的干式切削刀具、機床以及輔助工具替代傳統切削中切削液的作用，來實現真正意義上的干式切削，也就是說如果沒有好的機床、好的刀具及其輔助工具，干式切削是無法實現的。

4 實現干式切削的必備條件

目前，我們用得多的且比較成功的干式切削法有高速干式切削，該加工方法是在無冷卻液和潤滑油劑的作用下，采用很高的切削速度進行切削加工。如何來實現高速干式切削呢？我們從以下三個方面來分析：

4.1 機床

首先，由于高速干式切削加工過程中會產生更大的切削力和更多的切削熱，從而導致刀具與工件之間的振動以及機床的熱變形明顯增大，因此選用的機床構件如立柱、床身、工作臺等的剛性度要大，比如采用人造花崗巖等新材料整體制造床身，不僅剛性度好，而且減振效果明顯；其次，由于高速干式切削采用了很高的切削速度，也就決定了機床必須要采用高轉速，目前，能實現這一條件的首選數控機床，尤其是數控銑床和加工中心。在數控銑床和加工中心加工的過程中，切削速度一旦增大，轉速也就相應的提高，從而也就盡量的縮短了刀具與工件間的加工瞬間的接觸時間，會大大減少由于加工而產生的熱量，很大程度上對機床起到了一定的保護作用，而干式切削加工也就可以很順利的實現。

4.2 刀具

大家都知道，切削液具有冷卻、潤滑、排屑、清洗、防銹等功能，并對延長刀具使用壽命、保證加工表面質量起著重要作用，那請試想一下，如果不用切削液的情況下，又是如何選擇刀具的呢？干式切削法對刀具有著相當之嚴格的要求，總而言之，刀具必須要是高硬度、耐高溫、耐沖擊、耐磨性好、抗黏結性好才能實現干式切削加工這一技術。所以干式加工刀具設計必須考慮下面三個要素：第一是刀具的幾何角度。熱效應是干式切削加工的基本問題，刀具設計時要考慮使得剛開始加工產生熱量的可能性要小，因此必須切削力要小，摩擦要小；深孔加工時很難將切屑排出，因此刀具設計必須保證有好的切屑排出效應，所以在切削力很小的情況下，設計原則通常情況都是采取增大前角和增大切削后角。第二是刀具材料。干式切削加工時刀具材料最重要的是耐高溫性，如果必須用大的前角和后角的話，高硬度也是必需的。目前適用于干式加工的刀具材料有超細顆粒硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷和金剛石等等。第三是刀具涂層。近年來，切削加工可以不采用切削液的原因之一就是刀具涂層技術，它通過抑制從切削區到刀片的熱傳導來降低溫度沖擊，因此刀具材料可通過涂層處理，實現“固體潤滑”來減少摩擦和粘接，所以刀具吸收的熱量就會比較少，因此刀具能承受較高的切削溫度。涂層在干式加工中有幾種功能：將刀具和切削材料隔離，減少摩擦以及隔熱性能好。

4.3 輔助工具

我們用于干式切削的機床一般安裝了自動排屑裝置。用壓縮空氣或其他類似的方法移去切屑，以控制加工工作區域的溫度。因為切屑能帶走一部分熱量，使切屑內部大部分的熱量無法傳到機床床身和機床內部，機床床身及內部結構也就不會因為熱量集中而產生微量變形，從而也就大大降低了因干式切削而帶來的對機床加工精度的影響，而實踐也同時證明在加工的過程中切削三要素把握恰當的時候，切削產生的熱量60%～80%可被切屑帶走，所以有了這個裝置，干式切削也就很順利的得以實現。

5 展望未來

干式切削技術是為適應全球日益高漲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。近年來，特別是工業發達國家，非常重視干式切削，為了貫徹環境保護政策，更是大力研究、開發和實施這種新型加工方法。我國在干式切削理論研究方面和國外還存在較大的差距，在工業中的應用規模更小，有待于我們今后加快研究與推廣應用。個人覺得，在不久的將來，隨著我們國家的不斷發展、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，高速干式切削技術會完全代替傳統的使用切削液的加工技術。

6 結束語

干式切削加工與傳統（使用切削液）切削加工相比，降低了生產成本，有利于環保，是一種理想的、清潔的綠色制造技術。尤其是在數控車、銑、加工中心中得到廣泛應用，必將提高我們的加工效率，提高零件的加工質量。

參考文獻

[1] 趙正文.數控銑床/加工中心加工工藝與編程[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2006：51.

[2] 李興凱.數控車床編程與操作[M].北京：北京理工大學出版社，2016：

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