1干切削(DryCutting)技術簡介

　　干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。1995年干切削的科學意義被正式確立，1997年在國際生產工程研究會(CIRP)年會上.德國Aachen工業大學的F.Klocke教授作了“干切削”的主題報告;1999年1月在美國國家科學基金“設計與制造學科”受資助者會議上，國際著名的刀具制造廠MAPAL公司的總裁B.P.Erdel博士也作了有關美國干切削發展的主題報告;在高速干切削方面，美國Makino公司提出“紅月牙”(Red Crescent)干切削工藝。其機理是由于切削速度很高，產生的熱量聚集于刀具前部，使切削區附近的工件材料達到紅熱狀態，導致屈服強度明顯下降，從而提高材料去除率。目前主要采用PCBN和陶瓷等刀具來實現這種工藝。

　　干切削技術已經在各國工業界和學術界引起廣泛的關注。目前包括歐洲、美國和日本等工業發達國家，非常重視于切削的研究，于切削技術已經成功應用到了生產領域，這與這些國家的工業基礎雄厚和環保法規特別嚴格有一定的關系。其中德國企業尤為普遍，在大批量生產中，已有20%的加工采用干切削技術，并且取得了良好的經濟效益，世界許多知名的機床廠商在他們的產品目錄中都有干切削機床加工中心。日本在干切削方面也進行了大量研究，最近他們已開發成功幾種不使用切削液的干式加工中心。在其中的一種機床上，裝有液氮冷卻的干切削系統，從空氣中提取高純度氮氣。在常溫下以5—6個大氣壓的壓力將液氮送往切削區，可順利實現干切削。

　　我國干切削技術的研究起步較晚。成都工具研究所、山東工業大學和清華大學等單位對超硬刀具材料(如陶瓷、立方氮化硼、金剛石等)及刀具涂層技術進行過系統的研究，并取得了不少的研究成果。我國陶瓷刀具目前已形成了一定的生產能力。這些都為干切削技術的研究與應用提供了初步的技術基礎。北京機床研究所開發成功的KT系列加工中心能實現高速干切削。但總的來說，我國在于切削理論研究方面和國外還存在較大的差距，有待于我們今后加快研究與推廣應用。

　　2干切削的特點及其適用條件

　　干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。其特點：

　　(1)切屑干凈清潔無污染，易于回收和處理。

　　(2)省去了切削液傳輸，回收，過濾等裝置及相應的費用，簡化了生產系統，降低了生產成本。

　　(3)省去了切削液與切屑的分離裝置及相應的電氣設備。機床結構緊湊，減少占地面積。

　　(4)不會產生環境污染。

　　(5)不會產生與切削液有關的安全事故及質量事故。

　　干式切削是一種在加工過程中不使用切削液的加工方法。但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、高產品質量、高的刀具耐用度以及切削過程的可靠性，這就需要用性能優良的干切削刀具、機床以及輔助設施替代傳統切削中切削液的作用，來實現真正意義上的干切削。干式切削得以實施的必要條件：

　　(一)干式切削的刀具技術

　　(1)刀具應具有優異的耐熱性能(高溫硬度)與耐磨性能。

　　(2)盡量減小刀具與切屑問的摩擦系數。

　　(3)減少對切削液排屑作用的依賴。

　　(二)干式切削的機床技術

　　切削熱傳出和切屑、塵埃的排出要迅速。

　　(三)干式切削的工藝技術

　　應特別注意刀具材料與工件材料間的合理匹配。

　　3干式切削加工的應用

　　(1)從加工方法上看，車削、銑削、滾齒等加工應用干式切削較多。我們以銑削加工為例，分析干式切削在銑削中的應用。

　　一般情況下我們習慣于在銑削中尤其是在立銑加工中加注冷卻液，但在銑削中加注冷卻液會使刀具產生溫度的激烈變化，銑刀刀片自工件切出時冷卻，再切人時溫度又上升。溫度急劇變化在刀片中產生應力，會導致裂紋的產生。盡管在干銑時也有加熱和冷卻循環產生，但相比之下要小得多，而且這可以通過合理選擇刀具材料、結構和幾何參數得到解決。對于銑削加工采用干式切削可以得到比濕式切削更理想的切削效果。以下是干式、濕式銑削加工對比的典型應用實例：涂層硬質合金F20M干銑不銹鋼閥門座(工件材料：CF一8M，不銹耐酸鑄鋼)。

　　某廠在加工不銹鋼閥門座底面時原先采用SECO公司的T25M(CVD涂層)刀片，濕式粗銑和精銑，由于生產批量的急劇上升，刀具壽命的矛盾就顯得比較突出。最后采用SECO公司的F20M(PVD物理涂層)刀片干式粗銑，刀片型號為OFEN07040STN—D18(斷屑槽為D18，難加工型)。其結果是刀具壽命大幅度提高(見表1)。分析其原因，是由于切削力和切削溫度的變化關系是一根駝峰曲線。當切削溫度高至超越駝峰時，隨著切削溫度的進一步提高，切削力會下降，使得切削變得相對容易，故刀具壽命提高。而如果在此時加入冷卻液，會使切削區溫度下降，導致切削力上升，磨損加劇，使刀具壽命降低。

　　表1 干式、濕式銑削加工對比表

　　(2)就工件材料而言，鑄鐵由于熔點高、熱擴散系數小，最適合進行干切削。Spur和Lachmund陶瓷刀具和CNB刀具高速切削鑄鐵的試驗結果表明，由于CNB具有較高的導熱系數，能快速帶走工件的熱量，因此CNB刀具比陶瓷刀具更適合鑄鐵材料的高速切削。例如：PCBN刀具已成功運用于上海通用汽車公司新建成的發動機柔性生產線上，干式銑削灰口鑄鐵缸體平面，銑削速度可達1600m/min，切削參數： ，刀具壽命：170件，大大提高了發動機的加工效率。

　　(3)低溫干切削是利用低溫流體如液態氮、液態二氧化碳和冷風等噴向加工系統的切削區域，造成切削區的局部低溫或超低溫狀態，利用工件在低溫條件下產生的低溫脆性，提高工件的切削加工性、刀具壽命和工件表面質量。根據冷卻介質的不同，低溫切削可分為冷風切削和液氮冷卻切削。低溫冷風切削法是通過向刀尖的加工部位噴一20℃一一30℃(甚至更低)的低溫氣流，并混入微量的植物性潤滑劑(每小時10—20m1)，從而起到降溫、排屑、潤滑的作用。低溫冷風切削與傳統切削相比，能夠提高加工效率，改善工件表面質量，而且對環境幾乎無污染。日本安田工業公司的加工中心采用在電機軸、刀桿軸的中心插入絕熱風管的結構，使用一30℃的低溫冷風直接通向刀刃。該結構大大改善了切削條件，有利于低溫冷風切削加工工藝的實施。日本橫川和彥教授對車削和銑削中的冷風冷卻進行了研究。在銑削試驗中，分別采用水基切削液、常溫風(+10℃)和冷風(一30℃)三種條件進行比較，結果表明，采用冷風切削時刀具耐用度顯著提高。在車削試驗中，冷風(一20℃)切削時刀具磨損率比常溫風(+20℃)切削時顯著下降。

　　4結論

　　干式切削加工是一種理想的清潔制造工藝方法。國外對干式切削加工的研究和應用已比較廣泛，我國在此項技術上同國外相比有很大的差距。但以上的成功應用實例可以表明，在現有技術條件下，干式切削加工在我國是可以實現的，并隨著在車削和銑削中的廣泛應用，必將推動在其他加工方法中的應用。當然，干式切削技術的發展，必須依托于先進的刀具結構和刀具材料。相信隨著干式切削技術的深入研究和推廣應用，我國的切削加工效率和加工質量都將達到一個新的水平。