關(guān)于高速干式切削的一點(diǎn)思考
一、高速干式切削發(fā)展趨勢(shì)
所謂干式切削就是完全不用冷卻潤(rùn)滑液的切削,而部分工序用冷卻潤(rùn)滑液,部分工序不用冷卻潤(rùn)滑液的切削,稱(chēng)為準(zhǔn)干式切削,人們稱(chēng)它們?yōu)榫G色切削。二十多年
前,切削液非常便宜,它所占生產(chǎn)車(chē)間成本的比例不足3%,可現(xiàn)在切削液占生產(chǎn)車(chē)間成本的比例上升到12-15%,而且那些含油的切削液排放污染,以及切削
液高溫產(chǎn)生的煙霧治理,都會(huì)讓制造廠(chǎng)家花費(fèi)更多額外的費(fèi)用?,F(xiàn)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,非常重視干式切削的研究與應(yīng)用,并且取得了可喜的進(jìn)步。隨著高速切削應(yīng)用范
圍日益廣泛,刀具材料和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展,機(jī)床性能的不斷完善,高速干式切削的應(yīng)用在不久的將來(lái)會(huì)越來(lái)越廣泛。
在我國(guó)高速干式切削還沒(méi)有引起人們的足夠重視,很多人認(rèn)為切削液是取得良好加工表面質(zhì)量,提高刀具壽命的必需條件,切削加工不可能離開(kāi)切削液的概念在他們
心中根深蒂固,思想上一下子不能接受干式切削,存在著很大的思維慣性阻力。事實(shí)上,隨著刀具材料的日益發(fā)展,新的硬質(zhì)合金牌號(hào)刀具,特別是那些涂層牌號(hào)刀
具,在高速、高溫切削條伯下,完全可以不用切削液,切削效率會(huì)更高,特別是那些繼續(xù)切削,切削區(qū)溫度超高,更不適宜用切削液。例如,當(dāng)切削區(qū)溫度高于
130m/min時(shí),刀尖切入工件不到40秒,切削液在到達(dá)切削區(qū)之前就已經(jīng)蒸發(fā)了,冷卻效果微乎其微,切削液反而會(huì)使刀具產(chǎn)生溫度的激烈變化,盡管高速
干式切削時(shí),也會(huì)有類(lèi)似的加熱和冷卻,但加入了切削液,溫度變化會(huì)大得多,刀具自工件切出時(shí)冷卻,切入時(shí)溫度又驟然上升,刀具就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力,導(dǎo)致刀具產(chǎn)
生裂紋,大大縮短刀具使用壽命。相反,高速干式切削通常能處長(zhǎng)刀具壽命。例如,我廠(chǎng)原來(lái)在T618M上用YT30刀片精鏜孔,剛開(kāi)始使用切削液,切削速度
為80m/min,做10-15件就要換刀,后改為用機(jī)夾小模塊刀具SCGT09T308-PF、GC4015、切削速度為300m/,不使用切削液,可
以做60-70件才換刀。
當(dāng)然,并不是說(shuō),要人們現(xiàn)在馬上就淘汰切削液,對(duì)于鉆削來(lái)說(shuō),目前切削液還是需要的,另外,對(duì)于低速切削難加工材料以及表面粗糙度高的地方,暫時(shí)還離不開(kāi)
切削液,只是會(huì)帶來(lái)非常有害的環(huán)境污染,需要花高額的治理費(fèi)用。人們從現(xiàn)在開(kāi)始心里上要接受并重視干式切削,并做好干式切削來(lái)臨時(shí)的技術(shù)準(zhǔn)備工作。高速干
式切削對(duì)切削刀具和切削機(jī)床都有更高的要求。
二、對(duì)切削刀具的要求
高速干式切削刀具最重要特征是:耐高溫性、耐磨性、高強(qiáng)度和高沖擊韌性。目前,適用在高速干式切削的刀具材料主要有:硬質(zhì)合多涂層刀具、金屬陶瓷刀具、陶
瓷刀具、立方氮化硼(CBN)、聚晶金剛石(PCD)等,刀具材料必須根據(jù)加工材料和加工性質(zhì)來(lái)選擇。①硬質(zhì)合金涂層刀具的涂層就像一層熱屏障,具有能抵
制從切削區(qū)到刀片的熱傳導(dǎo),來(lái)減緩溫度的沖擊。用薄涂層刀片進(jìn)行干式切削可以延長(zhǎng)刀具壽命40%,涂層材料氮化鈦(TiN)在所有涂層刀具中占80%,然
而在高速干式切削的情況下,最好選用涂層氮鋁鈦(TiAlN),在高溫連續(xù)切削時(shí),TiAlN優(yōu)于TiN四倍。②金屬陶瓷是一種先進(jìn)的硬質(zhì)合金,比常規(guī)的
硬質(zhì)合金能承受更高切削溫度,但缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性、韌性和強(qiáng)度。金屬陶瓷最適用于精度高、表面粗糙度高的連續(xù)表面的切削加工。陶瓷刀具類(lèi)似于金屬陶
瓷,比硬質(zhì)合金具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性,可以在高速切削條件下長(zhǎng)時(shí)間地持續(xù)加工,特別適合加工灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼、未淬硬鋼和耐熱合金鋼的切削加工,
但它不能加工鋁材。③立方氮化硼CBN是一種非常硬的刀具材料,具有極好的高溫硬度,可以高達(dá)2000℃,盡管比硬質(zhì)合金脆得多,比陶瓷耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定
性差,但是它比陶瓷刀具有較高的沖擊強(qiáng)度和抗破碎能力。因此CBN刀具最好用于加工硬度高于HRC48的淬火鋼。④聚晶金鋼石PCD是最硬的刀具材料,它
是最耐磨的,刀具壽命是硬質(zhì)合金的100倍。PCD對(duì)黑色金屬的親和力,會(huì)引起化學(xué)反應(yīng),因此PCD材料只能用于加工非鐵材料、有色金屬,尤其是適用于磨
擦很厲害的高硅鋁金屬。
高速干式切削,除了必須考慮刀具材料的選用外,還必須改進(jìn)刀結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)。刀具與切屑之間的磨擦系數(shù)要盡可能小,排屑流暢,易于散熱,寬闊的容屑槽有助
于切屑的排除,增大刀具前角,可以減小切削力和切削熱,刀具的前角可以適當(dāng)加大些,另外,刀具主副切削刃連接處應(yīng)有采用修圓刀尖或倒角刀尖,增大刀具圓
角,加大刀尖附近刃區(qū)長(zhǎng)度,能有效地提高刀具的高溫強(qiáng)度和耐磨性。
三、對(duì)切削機(jī)床的要求
高速干式切削,選定正確的機(jī)床和恰當(dāng)?shù)难b備是很重要的。切削機(jī)床必須足夠高的剛性,較高的生產(chǎn)效率和機(jī)床精度的穩(wěn)定性。機(jī)床的結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成沒(méi)有聚集切屑的
洼坑和高臺(tái),能迅速排除切削熱源,保持機(jī)床精度的穩(wěn)定性。機(jī)床的冷卻應(yīng)采用噴霧、冷風(fēng)或壓縮空氣。排屑方式常用排屑螺旋與傳送器將切屑排到機(jī)床外,如果排
屑器出了故障可以用壓縮空氣將切屑排到機(jī)床外。為了保護(hù)導(dǎo)軌、絲桿等精密零部件,機(jī)床應(yīng)設(shè)計(jì)有防護(hù)罩和灰塵收集器。
四、結(jié)束語(yǔ)
高速干式切削可以保護(hù)環(huán)境和降低生產(chǎn)成本,刀具材料必須具有耐高溫性、耐磨性、高強(qiáng)度和高沖擊韌性,刀具結(jié)構(gòu)要設(shè)計(jì)成切削力小、磨擦力小、排屑效果好的幾
何結(jié)構(gòu),采用大前角和大圓度切削角。切削機(jī)床必須較高的剛性、抗振性和熱穩(wěn)定性,機(jī)床要配有灰塵收集器和空氣傳送系統(tǒng)。
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