干式切削技術(shù)的研究現(xiàn)狀

    在切削加工中加注冷卻液，為降低切削溫度，斷屑與排屑起到了很好的作用，但也存在著許多弊端。例如，維持一個(gè)大型的冷卻液系統(tǒng)需化費(fèi)很多資金。它需要定期添加防腐劑，更換冷卻液等，化去許多輔助時(shí)間。加之由于冷卻液中的有害物質(zhì)，對(duì)工人的健康造成危害，也使冷卻液使用受到限制。為此，干式切削則應(yīng)運(yùn)而出。但同樣，干式切削作為一門新技術(shù)，也帶來了新的問題。使人們產(chǎn)生了許多模糊的認(rèn)識(shí)。為此，美國Michigan技術(shù)大學(xué)(MTU)進(jìn)行了大量的調(diào)查研究和比較性的切削試驗(yàn)，深入地分析研究了使用冷卻液對(duì)工人的健康、刀具使用壽命、切削力和力矩及加工質(zhì)量等多方面的影響。以提高人們對(duì)干式切削新技術(shù)的認(rèn)識(shí)。 
1　工人的健康  
     從他們所作的大量調(diào)查研究認(rèn)為，冷卻液的使用，會(huì)使生產(chǎn)環(huán)境惡化，長期接觸，可感染皮膚病與氣管炎等，給工人健康與安全造成威脅。所以許多國家規(guī)定出嚴(yán)格的環(huán)衛(wèi)標(biāo)準(zhǔn)，例如，由美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)規(guī)定，要求空氣中有害物質(zhì)的允許含量，由原來的5.0mg/m3下降到0.5mg/m3。且空氣中的有害物質(zhì)允許的顆粒(PM)(直徑大小)由原來的10µm下降至2.5µm。而要達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)，它需要高精度的冷卻液過濾裝置、空氣凈化設(shè)備等，所化費(fèi)用是相當(dāng)可觀的，就其這一個(gè)缺點(diǎn)已大大超過使用冷卻液帶來的優(yōu)點(diǎn)。 
2　刀具的使用壽命  
       一般人認(rèn)為，切削中加注冷卻液可以提高刀具的使用壽命。然而從MTU在切削速度為V=130m/min條件下，所作的切削試驗(yàn)證明，加注冷卻液切削，由于加注過程的不連續(xù)性與冷卻程度的不均勻性，使刀具產(chǎn)生不規(guī)則的冷、熱交替變化，容易使刀頭產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而引起刀具破損，極大地降低了刀具的使用壽命。 
3　表面粗糙度  
     從MTU對(duì)鉆削加工所作的100多次切削試驗(yàn)證明，不加注冷卻液的干式切削，比加注冷卻液的情況將兩倍以上地提高了內(nèi)孔的表面粗糙度Ra。切削試驗(yàn)條件為，加工材料為AL304和AL390，刀具選用不涂覆的硬質(zhì)合金鉆頭，選擇通常鉆孔時(shí)所用的切削參數(shù)。所以對(duì)內(nèi)孔表面粗糙度要求的零件加工，盡量避免采用干式切削。同樣他們也對(duì)以上鋁合金進(jìn)行了鏜削加工的比較性切削試驗(yàn)。結(jié)果證明，在相同加工條件下，所獲內(nèi)孔表面粗糙度與加不加注冷卻液，幾乎沒有關(guān)系。 
4　切削力和力矩  
     從MTU對(duì)鉆削加工所作的鉆削試驗(yàn)證明(條件同上)，加注冷卻液，可明顯地降低作用在鉆頭上的切削力和力矩。尤其對(duì)于封閉式的切削加工影響更大，例如，從他們對(duì)攻絲加工所進(jìn)行的切削試驗(yàn)也充分證明了這一點(diǎn)。還有深孔加工拉削鋸削等。然而，他們選用表面經(jīng)涂覆的硬質(zhì)合金鉆頭，進(jìn)行干式切削試驗(yàn)。由于涂覆刀具所具有的硬度高、切削性能好又具有很好的潤滑作用(同加注冷卻液的效果相同，減小了刀具/工件間的摩擦)等優(yōu)點(diǎn)，因而使作用在鉆頭上切削力和力矩的測量數(shù)據(jù)，基本上與加注冷卻液情況下相等(除封閉式切削加工)。同樣，對(duì)以上鋁合金進(jìn)行了鏜削加工的比較性切削試驗(yàn)。結(jié)果證明，在相同加工條件下，作用在鉆頭上的切削力和力矩大小，加與不加注冷卻液兩種情況，同樣幾乎沒有區(qū)別。 
5　切削熱與內(nèi)孔尺寸精度  
     由MTU對(duì)鏜削加工試驗(yàn)中的試件內(nèi)孔，分時(shí)段，在不同軸向和徑向位置上進(jìn)行切削溫度測量，并根據(jù)所受切削溫度進(jìn)行有限元分析。結(jié)果表明，不加注冷卻液可使用試件內(nèi)孔不同位置的切削溫度上升，將使加工內(nèi)孔的尺寸變大。所以對(duì)于內(nèi)孔尺寸精度要求高的零件加工，確面臨著一個(gè)是否加注冷卻液的選擇問題。 
6　結(jié)論  
     由以上幾個(gè)方面可以認(rèn)為，對(duì)于零件尺寸精度、表面粗糙度要求不高的非封閉式的切削加工，完全可以采用干式切削。而對(duì)于尺寸精度表面粗糙度要求高的非封閉切削加工，需采取一系列的技術(shù)措施，例如，提高主軸轉(zhuǎn)速、減小進(jìn)給量等，這些勢必提高生產(chǎn)成本。但經(jīng)計(jì)算分析，這些費(fèi)用正好與取消冷卻液的費(fèi)用相等。加之采用最新的制造技術(shù)，如使用新型刀具材料、采用高速切削技術(shù)等，完全可以替代通油加工技術(shù)。因而，干式切削具有很好的發(fā)展前景。