一、高速干式切削發(fā)展趨勢

    所謂干式切削就是完全不用冷卻潤滑液的切削，而部分工序用冷卻潤滑液，部分工序不用冷卻潤滑液的切削，稱為準(zhǔn)干式切削，人們稱它們?yōu)榫G色切削。二十多年 前，切削液非常便宜，它所占生產(chǎn)車間成本的比例不足3%，可現(xiàn)在切削液占生產(chǎn)車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，都會讓制造廠家花費(fèi)更多額外的費(fèi)用?，F(xiàn)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，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)用在不久的將來會越來越廣泛。

    在我國高速干式切削還沒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)合金牌號刀具，特別是那些涂層牌號刀 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，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，切削液反而會使刀具產(chǎn)生溫度的激烈變化，盡管高速 干式切削時，也會有類似的加熱和冷卻，但加入了切削液，溫度變化會大得多，刀具自工件切出時冷卻，切入時溫度又驟然上升，刀具就會產(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刀具壽命。例如，我廠原來在T618M上用YT30刀片精鏜孔，剛開始使用切削液，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，要人們現(xiàn)在馬上就淘汰切削液，對于鉆削來說，目前切削液還是需要的，另外，對于低速切削難加工材料以及表面粗糙度高的地方，暫時還離不開 切削液，只是會帶來非常有害的環(huán)境污染，需要花高額的治理費(fèi)用。人們從現(xiàn)在開始心里上要接受并重視干式切削，并做好干式切削來臨時的技術(shù)準(zhǔn)備工作。高速干 式切削對切削刀具和切削機(jī)床都有更高的要求。

二、對切削刀具的要求

    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)，來減緩溫度的沖擊。用薄涂層刀片進(jìn)行干式切削可以延長刀具壽命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，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時間地持續(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對黑色金屬的親和力，會引起化學(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)長度，能有效地提高刀具的高溫強(qiáng)度和耐磨性。

三、對切削機(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)計成沒有聚集切屑的 洼坑和高臺，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)計有防護(hù)罩和灰塵收集器。

四、結(jié)束語

    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)。