干切削加工是一種加工過程不用或微量使用切削液的加工技術(shù),也是一種對環(huán)境源頭進(jìn)行控制、清潔環(huán)保的制造工藝。它作為一種新型綠色制造技術(shù),不僅環(huán)境污染小,而且可以省去與切削液有關(guān)的裝置,簡化生產(chǎn)系統(tǒng),能大幅度降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本,同時形成的切屑干凈清潔,便于回收處理。(本篇選自《數(shù)控刀具選用指南》第九章第一節(jié)(二)干切削)
(一)干切削的特點(diǎn)
干切削對刀具必須要有嚴(yán)格性能要求:
?。?)具有優(yōu)良熱硬性、耐磨。干切削切削溫度通常比濕切削時高,熱硬性高的刀具材料才能有效地承受切削過程的高溫,保持良好耐磨性。
?。?)較低摩擦系數(shù)。降低刀具與切屑、刀具與工件表面之間的摩擦系數(shù),一定程度上可代替切削液潤滑作用,抑制切削溫度上升。
?。?)較高的高溫韌性。干切削時切削力比濕切削要大,且切削條件差,因此刀具應(yīng)具有較高的高溫韌性。
?。?)較高的熱化學(xué)穩(wěn)定性。干切削高溫下,刀具仍然保持較高化學(xué)穩(wěn)定性,減少高溫對化學(xué)反應(yīng)催化作用,從而延長刀具壽命。
?。?)具有合理刀具結(jié)構(gòu)幾何角度。合理刀具結(jié)構(gòu)幾何角度,不但可以降低切削力,抑制積屑瘤產(chǎn)生,降低切削溫度,而且還有斷屑、控制切屑流向功能。刀具形狀保證了排屑順暢,易于散熱。
干切削相對于采用切削液的傳統(tǒng)濕式加工而言,是環(huán)境污染源頭控制的清潔制造工藝,具有以下特點(diǎn):
?。?)形成的切屑干凈、清潔、無污染,易于回收和處理。
?。?)省去了與切削液有關(guān)的傳輸、回收、過濾等裝置及費(fèi)用,簡化了生產(chǎn)系統(tǒng),節(jié)約了生產(chǎn)成本。
?。?)金屬切削當(dāng)中,一般刀具成本占整個加工成本的4%~7%,切削液及處理費(fèi)用占16%左右,干切削省去了相關(guān)的費(fèi)用。
?。?)不污染環(huán)境,也不發(fā)生與切削液有關(guān)的安全及質(zhì)量事故,在車、銑、鉆、鉸及鏜削等加工中得到了成功應(yīng)用。
(二)干切削的應(yīng)用
日本三菱、美國格里森等公司,都在這方面開展了卓有成效的研究,重慶機(jī)床集團(tuán)在數(shù)控高速自動干切滾齒機(jī)的研制和生產(chǎn)方面也取得了突破。
日本三菱推出的“GE06A”干式切削滾齒機(jī),通過主軸和刀架軸的高剛性化與低發(fā)熱化,提高床身的熱容量,從而在高速加工時,能保證加工的穩(wěn)定性和高精度。干式滾切對滾刀有特殊的要求,三菱設(shè)計的專用干式滾刀,采用MACH7高速鋼,表面涂有專用涂層,有助于散熱并減少刀具損耗,其壽命可延長到一般濕切方式的5倍。這一系統(tǒng)在加工汽車末級傳動齒輪、大型載重齒輪、汽車小齒輪及行星齒輪時效果都很理想,生產(chǎn)成本至少降低40%。
格里森用硬質(zhì)合金滾刀在PHOENIX機(jī)床上采用干式切削法加工錐齒輪,與傳統(tǒng)的高速鋼刀具濕式切削法相比,降低切削時間50%,而且齒輪的表面質(zhì)量和幾何精度也大大提高。這一系列滾齒機(jī),滾切轉(zhuǎn)速可達(dá)3000r/min。PHOENIXⅡ系列最新“600HC”的推出,對于直徑為600mm錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪的加工,在生產(chǎn)大型齒輪方面取得突破。
美國藍(lán)幟菲特(LMT-Fette)用硬質(zhì)合金刀具干式滾切齒輪,使齒輪單件加工時間和成本明顯降低。日本堅藤鐵工所開發(fā)的KC250H型干式滾齒機(jī),采用硬質(zhì)合金滾刀、冷風(fēng)冷卻、微量潤滑,進(jìn)行高速滾齒,由于供給的是溫度穩(wěn)定的冷風(fēng),工件的熱變形極小。它與傳統(tǒng)的采用高速鋼滾刀KA220型濕式滾齒機(jī)相比,加工速度提高了3.2倍,齒輪精度也明顯提高。
2008年,重慶機(jī)床集團(tuán)數(shù)控高速自動干切滾齒機(jī)實(shí)現(xiàn)七軸數(shù)字控制及四軸聯(lián)動自動干式切削,它徹底拋棄傳統(tǒng)的切削液,加工過程中無切削液的飛濺和油霧的產(chǎn)生,對環(huán)境和操作者無污染和傷害,實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保加工。與普通滾齒機(jī)相比,其加工效率是濕式切削的2~3倍,單件成本僅為傳統(tǒng)機(jī)床的60%。