干式切削技术的研究现状
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在切削加工中加注冷却液,为降低切削温度,断屑与排屑起到了很好的作用,但也存在着许多弊端。例如,维持一个大型的冷却液系统需化费很多资金。它需要定期添加防腐剂,更换冷却液等,化去许多辅助时间。加之由于冷却液中的有害物质,对工人的健康造成危害,也使冷却液使用受到限制。为此,干式切削则应运而出。但同样,干式切削作为一门新技术,也带来了新的问题。使人们产生了许多模糊的认识。为此,美国Michigan技术大学(MTU)进行了大量的调查研究和比较性的切削试验,深入地分析研究了使用冷却液对工人的健康、刀具使用寿命、切削力和力矩及加工质量等多方面的影响。以提高人们对干式切削新技术的认识。

1 工人的健康

从他们所作的大量调查研究认为,冷却液的使用,会使生产环境恶化,长期接触,可感染皮肤病与气管炎等,给工人健康与安全造成威胁。所以许多国家规定出严格的环卫标准,例如,由美国环境保护局(EPA)规定,要求空气中有害物质的允许含量,由原来的5.0mg/m3下降到0.5mg/m3。且空气中的有害物质允许的颗粒(PM)(直径大小)由原来的10µm下降至2.5µm。而要达到这样的标准,它需要高精度的冷却液过滤装置、空气净化设备等,所化费用是相当可观的,就其这一个缺点已大大超过使用冷却液带来的优点。

2 刀具的使用寿命

一般人认为,切削中加注冷却液可以提高刀具的使用寿命。然而从MTU在切削速度为V=130m/min条件下,所作的切削试验证明,加注冷却液切削,由于加注过程的不连续性与冷却程度的不均匀性,使刀具产生不规则的冷、热交替变化,容易使刀头产生裂纹,进而引起刀具破损,极大地降低了刀具的使用寿命。

3 表面粗糙度

从MTU对钻削加工所作的100多次切削试验证明,不加注冷却液的干式切削,比加注冷却液的情况将两倍以上地提高了内孔的表面粗糙度Ra。切削试验条件为,加工材料为AL304和AL390,刀具选用不涂覆的硬质合金钻头,选择通常钻孔时所用的切削参数。所以对内孔表面粗糙度要求的零件加工,尽量避免采用干式切削。同样他们也对以上铝合金进行了镗削加工的比较性切削试验。结果证明,在相同加工条件下,所获内孔表面粗糙度与加不加注冷却液,几乎没有关系。

4 切削力和力矩

从MTU对钻削加工所作的钻削试验证明(条件同上),加注冷却液,可明显地降低作用在钻头上的切削力和力矩。尤其对于封闭式的切削加工影响更大,例如,从他们对攻丝加工所进行的切削试验也充分证明了这一点。还有深孔加工拉削锯削等。然而,他们选用表面经涂覆的硬质合金钻头,进行干式切削试验。由于涂覆刀具所具有的硬度高、切削性能好又具有很好的润滑作用(同加注冷却液的效果相同,减小了刀具/工件间的摩擦)等优点,因而使作用在钻头上切削力和力矩的测量数据,基本上与加注冷却液情况下相等(除封闭式切削加工)。同样,对以上铝合金进行了镗削加工的比较性切削试验。结果证明,在相同加工条件下,作用在钻头上的切削力和力矩大小,加与不加注冷却液两种情况,同样几乎没有区别。

5 切削热与内孔尺寸精度

由MTU对镗削加工试验中的试件内孔,分时段,在不同轴向和径向位置上进行切削温度测量,并根据所受切削温度进行有限元分析。结果表明,不加注冷却液可使用试件内孔不同位置的切削温度上升,将使加工内孔的尺寸变大。所以对于内孔尺寸精度要求高的零件加工,确面临着一个是否加注冷却液的选择问题。

6 结论

由以上几个方面可以认为,对于零件尺寸精度、表面粗糙度要求不高的非封闭式的切削加工,完全可以采用干式切削。而对于尺寸精度表面粗糙度要求高的非封闭切削加工,需采取一系列的技术措施,例如,提高主轴转速、减小进给量等,这些势必提高生产成本。但经计算分析,这些费用正好与取消冷却液的费用相等。加之采用最新的制造技术,如使用新型刀具材料、采用高速切削技术等,完全可以替代通油加工技术。因而,干式切削具有很好的发展前景。
原载:《工具展望》
上载于:2004-3-11 20:32:37

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