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幹式切削工藝的應用

2014-2-23 來源：數控機床市場網作者：-

　幹式切削工藝的成敗，關（guān）鍵在於找到一種代替冷卻（què）和潤滑的方法。目前，比較成功的幹式切削法有兩（liǎng）種：高（gāo）速幹式切削和低溫（wēn）冷風切削。

　　一、高速幹式切削與低溫冷風切削

高速（sù）幹式切削（xuē）法該加工方法是（shì）在無（wú）冷卻（què）、潤滑油劑的（de）作用下，采用很高的切削速（sù）度進行切削加工。幹式（shì）切削必須選用適當的切削條件。首先，采用很高（gāo）的切（qiē）削速（sù）度，盡量縮短刀具與工件間的接觸時間，再用壓縮空氣或其他類似的方法（fǎ）移去切屑，以控製工作區域的（de）溫度（dù）。隨著數控技術的廣泛使用，機床剛性和動態（tài）性能不斷提高，提（tí）高機床的切削速度並非難事。實踐證明（míng），當（dāng）切削參數設置正確時（shí），切削產生的熱量（liàng）80%可被切（qiē）屑帶（dài）走（zǒu）。

　　高速幹式切削法對刀具有嚴格的要求：①刀具（jù）應具有優異（yì）的耐高溫性能，可在無切削液條件下工作。新型硬質合金、聚晶陶瓷和CBN等切削材料是（shì）幹式（shì）切（qiē）削刀具的首選材料；②切屑和刀具之間的（de）摩擦係數要盡（jìn）可能小（最有效的方法（fǎ）是刀具表（biǎo）麵塗層），並（bìng）輔以排屑良好的刀具結（jié）構，減少（shǎo）熱（rè）量堆積；③幹式切削刀具還應具有比濕式切削刀具更高的（de）強度和抗衝擊韌性。

　　低溫冷風切（qiē）削該切削方法是一種用-10~-100℃的冷風和非常微量的植物油代替冷卻和潤滑（huá）油劑冷卻的加工方法。它由日本明治大學的橫川和（hé）彥等最先提出。研究發（fā）現，在金屬切削加工過程中，如果隻給加工點提供非常微量、潤（rùn）滑（huá）效果良（liáng）好且未氧化的植物油，加（jiā）工點就會因高溫而喪失潤滑性。若給加工點提供冷（lěng）風（-10~-100℃），就可以（yǐ）防止（zhǐ）加工點的高溫化，避（bì）免上述（shù）情況（kuàng）發生。冷風切削（xuē）時切削性能大大提高。試驗表明，冷風（fēng）切削、磨削在性能方麵比油劑（jì）切削、磨削提（tí）高了2倍以上。有、無植物油切削劑與（yǔ）冷風時的切削性能對比情況。可以看出，僅使用冷風切削就比使用植物的效果好，而冷風與微量植物油一起使用時，刀具的切削性（xìng）能進一步加強。試驗時的切削條件（jiàn）：工件直徑：f92~f98mm,切削（xuē）速度：45.1~48.0m/min,進給（gěi）：0.5mm,切削（xuē）刀具：刀尖半徑R0.4,相（xiàng）當於SKH4高速鋼，不重磨刀片（piàn）。

　　▲無精（jīng）密潤滑油，無（wú）冷風加工；-有（yǒu）精密潤滑油，無冷（lěng）風（fēng）；●有（yǒu）精密（mì）潤滑（huá）油，有冷風；◆無精密（mì）潤滑油，有-16.7℃冷風有、無植（zhí）物油切削劑及冷風時的切削性能使用溫度非常低的強（qiáng）冷風加工時，為防止油劑凍結而喪失潤滑性，可在加工前，在刀具表麵塗上微量的（de）植物油，然後給加工點（diǎn）供（gòng）應強冷風。即不讓強冷風與油劑混在一起（qǐ），效果會更好。使用微量植物油劑（jì），不但降低了切削能耗，而且還消除了工件鏽蝕現象。

　　二、幹式切削在齒（chǐ）輪加工領域的應用

新的硬質（zhì）合金塗（tú）層方法和數控機床的使用，使圓柱齒輪製造出現新趨（qū）勢：無冷卻的硬質（zhì）合金刀（dāo）具高速切削。若工藝參數按最佳設置，可使加工時間短，刀具壽命更長。日本三菱公司、美國格裏森公司等都在這方（fāng）麵（miàn）開展了（le）卓（zhuó）有成效的研究。

　　日本三菱公司（sī）推出了世界上第一套幹式滾（gǔn）切係統。它采用的切削速度是（shì）傳統（tǒng）滾切速度的（de））倍，可達到200m/min.幹式滾切對滾刀有特殊的要求，三菱公司設計的專用（yòng）幹式滾刀，采用MACH7高速鋼，表麵（miàn）塗有專（zhuān）用塗層，有（yǒu）助於散熱並減少刀具損（sǔn）耗，其壽命可延長到一般濕（shī）切方式的5倍。這一係統在加工汽車（chē）末（mò）級傳動齒輪、大型載重齒輪（lún）、汽車小齒輪及行星齒輪時效果都很理想，生（shēng）產成本至少降低40%.

美國格裏（lǐ）森公司用硬質（zhì）合金滾刀在Phoenix機床上用幹式切削法（fǎ）加工錐齒輪，與傳統的高速鋼刀具濕式切（qiē）削法相比，降低切削時間為（wéi）50%,而且齒輪（lún）的表麵粗糙度顯著降低和幾（jǐ）何（hé）精度也（yě）大大提高，加工精度可達AGMA12~13級。該公司生產的GP係列滾齒機，以其獨特的（de）設計，使（shǐ）其幹（gàn）切質量能與濕切質量媲美。其床身設計成大角度（dù）斜坡，以利切屑（xiè）流動。床身內（nèi）部循環冷卻，以利於維持熱平衡。此外，機床還配有一（yī）套真空除屑除塵係統。這一係列滾齒（chǐ）機，滾（gǔn）切轉速可達3000r/min. 高速幹式（shì）切削法有（yǒu）如下優點：首先，由於它（tā）省去了油屑分離過程，無（wú）冷（lěng）卻潤滑油箱和油屑分離（lí）裝置以及相應的電氣設備，因此，機（jī）床（chuáng）結構緊湊。其次，這種方法（fǎ）極（jí）大地（dì）改善了加工環境；加工費用也大大降低。為進一步延（yán）長刀（dāo）具壽命、提高工（gōng）件質量，可（kě）在齒（chǐ）輪幹式切削（xuē）過程中，每小時使用10~1000ml潤滑油進行微量潤滑。這種方法產生的切屑可（kě）以認（rèn）為是幹切屑，工件（jiàn）的精度、表麵質量和內應力不受微量潤滑油的負麵影（yǐng）響，還可以用自動控製設備（bèi）進行（háng）過程（chéng）監測。

　　美（měi）國費特公司（LMT-Fette）用硬質合金刀具幹式滾（gǔn）切齒輪，使齒輪單（dān）件加工時間和成（chéng）本（běn）明（míng）顯降低。日本堅藤鐵工所開發的KC250H型幹式滾齒機，采用硬質合（hé）金滾（gǔn）刀、冷風冷卻、微量潤滑（huá），進行高速滾齒，由於供給的是溫（wēn）度穩定的冷風，工件的熱變形極小。它與傳統的采用高速（sù）鋼滾刀KA220型濕式滾齒機相（xiàng）比，加工速度提高了3.2倍（bèi），齒輪精度也明顯提高。

　　三、小結

幹式切削與濕式切削相比，不但極大地提（tí）高了機床生（shēng）產效率，降低了工件加（jiā）工（gōng）成本，而（ér）且（qiě）有利（lì）於（yú）保護環境，節約自然資源。在國外，幹式切削的研究（jiū）和應用都比較廣泛，據有關部門統計，目前在（zài）西歐已有近一半企業采用幹式切削加工。國內雖有部分機構在從事這方麵的研究工作，但在齒輪加工領域內的應用還是空白。

　　ISO和JIS14000係列（liè）標準分別於1996年製定（dìng）生效，這些標準對環境管理及監測（cè）有嚴格的規（guī）定。它們的實施，無（wú）疑是對我國機床產品出口的又一次挑（tiāo）戰。為提高我國（guó）產品的（de）技術含量和工藝創新能力，在國際市場競爭中立（lì）於不敗之地，開展幹式切削加工技術的研究和開發是十分必要和迫切的（de）。

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