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CNC不用切削油？？值得一試的干切削法
閱讀：2303 發(fā)布時(shí)間：2010-8-30CNC不用切削油？？值得一試的干切削法
深圳市全化科技有限公司 技術(shù)部
我們zui近走訪了一家工廠，發(fā)現(xiàn)停用切削液帶來的性能飛躍令人吃驚。這個(gè)
發(fā)現(xiàn)純屬偶然。切削液的缺點(diǎn)迫使人們把加工零件的生產(chǎn)定額轉(zhuǎn)到干加工上。需
要是發(fā)明之母，員工進(jìn)行了試驗(yàn)以確定是否能保持有效生產(chǎn)。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)對(duì)于
切削液的投資不一定能有所回報(bào)。
在過去的二十年里，使用切削液的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化。早在80
年代初，對(duì)于大多數(shù)機(jī)加工來說采購、管理和處理切削液的費(fèi)用就占總成本小于
3%。今天，平均來說，切削液的費(fèi)用（包括管理和處理）占總成本的16%。由于
切削刀具只占加工項(xiàng)目總成本的4%，接受一種以稍短的刀具壽命換取停用切削液
所節(jié)約的成本以及維護(hù)切削液所帶來令人頭痛的問題，可能成為費(fèi)用更低的選擇
。
況且刀具壽命甚至可能不會(huì)縮短。因?yàn)橥繉佑操|(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷、立
方氮化硼（CBN）和聚晶金剛石都是脆性的，它們對(duì)由熱應(yīng)力引起的微崩和破裂很
敏感，尤其是在端面車削和銑削加工時(shí)，冷卻液的介入會(huì)加劇這種傾向。
某些材料適合干切削
除費(fèi)用和刀具壽命之外，影響選用干切削的另一個(gè)因素是工件。有時(shí)，切削
液可能弄臟零件或產(chǎn)生污染。 想想看，進(jìn)行醫(yī)學(xué)植入的情況，例如為髖部植入
一個(gè)球形關(guān)節(jié)。在這種不允許污染的地方，切削液是不受歡迎的。
一個(gè)工件對(duì)于干切削工藝適合與否也取決于材料本身。例如，對(duì)于大多數(shù)鑄
鐵、碳鋼和合金鋼的切削來說，切削液是多余的。這些材料加工起來相對(duì)容易，
熱傳導(dǎo)性好，允許切屑帶走產(chǎn)生的大部分熱量。也有一些例外，就是低碳鋼，當(dāng)
含碳量下降時(shí)，它變得更粘。這些合金需要切削液來潤滑以防止熔焊。
通常情況下，當(dāng)加工大多數(shù)的鋁合金時(shí)，切削液不是必需的，因?yàn)榍邢鳒囟认鄬?duì)
較低。這些材料在確實(shí)發(fā)生切屑熔焊時(shí)，大的正前角和鋒利的切削刃通常可以解
決這個(gè)問題。 然而，當(dāng)高速切削鋁合金時(shí)，高壓的冷卻液是有幫助的，因?yàn)橛?/p>
簡單的壓縮空氣進(jìn)行斷屑和排屑是不夠的。
干切削不銹鋼更為困難一些。在這些材料中，熱量會(huì)引起一些問題。 例如，它
能使馬氏體不銹鋼過度回火。對(duì)于很多奧氏體不銹鋼，由于熱導(dǎo)率往往很低，所
以熱量由切削區(qū)域到切屑的流動(dòng)也不好。于是切削刃過熱，刀具壽命縮短到不能
接受的程度。在切削不銹鋼的過程中使用切削液是很必要的，還因?yàn)樵S多不銹鋼
都是粘性的，這就意味著它們有沿切削刃方向會(huì)產(chǎn)生積屑瘤的傾向，從而導(dǎo)致粗
劣的表面光潔度。
對(duì)于許多材料來說，幾乎不會(huì)選擇干切削。所有種類的高溫合金都需要切削
液。尤其是切削鎳基和鉻基高溫合金時(shí)，產(chǎn)生*的溫度，需要切削液來帶走熱
量。同時(shí)，切削液的潤滑能力還能保持產(chǎn)生的熱量zui小。
切削鈦合金時(shí)，切削液是強(qiáng)制性的。雖然研究人員正在研究干式切削鈦合金
的途徑，但是這種材料的性質(zhì)對(duì)這項(xiàng)工作產(chǎn)生了極大的障礙。它是粘性的，熱導(dǎo)
率低而且（還有某些合金）閃點(diǎn)很低。因此，鐵屑不能把熱量帶走，工件變熱足
以被點(diǎn)燃和燃燒起來。（雖然鎂斷屑容易，但也容易燃燒。） 切削液通過潤滑切
削刃、沖走切屑和冷卻工件來防止產(chǎn)生這個(gè)問題。為保證切削液起到這些作用，
當(dāng)加工鈦合金時(shí)，人們更傾向于在高壓時(shí)使用切削液，壓力通常在4,000到7,000
磅/平方英寸范圍內(nèi)。,有時(shí)，粉末合金也需要切削液來產(chǎn)生薄薄的一層油膜作為
防銹劑。
基于同樣的理由，干切削時(shí)換成更硬一些的刀具幾乎不會(huì)降低刀具壽命或切
削一致性。而實(shí)際上，恰恰相反。更硬的基體能夠保證切削刃在高溫切削時(shí)的完
整性，而輕微的軟化能夠防止它變得太脆。其結(jié)果是，用戶可以一種更硬的
硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)來提高抵抗變形和月牙洼磨損（切削刃的化學(xué)溶解）的能力。否
則，在干切削時(shí)會(huì)大大縮短刀具壽命。
為干切削設(shè)計(jì)的刀具可以更加鋒利，并且比濕式加工切削更為輕快，實(shí)際上
它產(chǎn)生的摩擦力較少并且有助于熱量的控制。對(duì)于鉆削的研究表明，減少切削刃
修磨來生成更鋒利的鉆頭能降低40%的切削溫度。鋒利的切削刃不僅可以保持較
低的溫度，而且可以減少徑向跳動(dòng)并提高表面光潔度。
另一個(gè)有助于在切削過程中打碎并排出切屑的方法是用氣體替換液體，其中
壓縮空氣zui為普遍。雖然在冷卻時(shí)沒有效果，但有時(shí)一陣壓縮空氣足夠?qū)⑶行荚?/p>
切削過程中吹出來，防止了二次切削，防止多余的熱量轉(zhuǎn)移到工件和機(jī)床中。當(dāng)
潤滑必要時(shí)，用戶便應(yīng)用一種潤滑劑，產(chǎn)生一層薄霧，在切削過程中消耗。
有時(shí)，zui有效的方法是一種相對(duì)較新的技術(shù)，稱為zui低量潤滑（MQL），它是通過
向刀具中注入少量的冷卻劑進(jìn)行潤滑的。
涂層使刀具隔熱 刀具涂層在保護(hù)切削刃中也起重要作用。為了進(jìn)行干式加
工，裝上zui有效的切削刀具，結(jié)合一種特殊工業(yè)化涂層系統(tǒng)的方法，鍍上一層富
鈷區(qū)基體，使內(nèi)部和表面都變硬。利用傳統(tǒng)工藝和中溫化學(xué)氣相沉積工藝生產(chǎn)出
非常厚的復(fù)合涂層，厚達(dá)20微米。*層碳氮化鈦涂層產(chǎn)生對(duì)基體和刃口韌性的
必要支撐。
找到的切削參數(shù) 如果想在干切削方面取得較好的效果，除了需要
正確的切削刀具以外，還有很多需要注意的地方。zui適宜的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率
和切削深度也很重要。例如，如果利用改變斷屑槽的方法不能充分控制切屑，可
以試著調(diào)節(jié)進(jìn)給速率。增加進(jìn)給速率通常能得到的效果，減少進(jìn)給速率不利
。
使用適當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)也有助于使熱量產(chǎn)生到zui小。zui顯而易見的方法是利用
較高的速度和進(jìn)給就能達(dá)到，當(dāng)以更快的速度切削工件材料時(shí)減少了切屑的負(fù)載
。這樣，切削時(shí)間較少，同時(shí)也減少了產(chǎn)生熱量的時(shí)間以及熱量滲入工件的時(shí)間
但是有時(shí)降低主軸轉(zhuǎn)速的15％左右是降低切削溫度的*行動(dòng)方案。為了防
止生產(chǎn)率受影響，用戶可以相應(yīng)增加進(jìn)給速率。一定要參考機(jī)床的扭矩圖表以確
保較低的軸速和較高的進(jìn)給速率不會(huì)增加扭矩要求以及使主軸悶車。如果扭矩的
要求超過主軸的能力，可以選用直徑小一些的刀具。如果較高的進(jìn)給速率對(duì)表面
光潔度不利，可以增加刀具的刀尖半徑作為補(bǔ)償。
控制熱波動(dòng)的另一種方法是在設(shè)計(jì)工藝時(shí)把波動(dòng)值降到zui小。例如，早晨開
動(dòng)機(jī)床之后，操作工會(huì)給機(jī)床一些時(shí)間空轉(zhuǎn)以達(dá)到一種穩(wěn)態(tài)，并且利用自動(dòng)化使
機(jī)床在不加工時(shí)保持運(yùn)行。對(duì)于在同一工位進(jìn)行幾個(gè)操作的應(yīng)用來說，首先應(yīng)計(jì)
劃執(zhí)行干式加工，然后鉆孔、攻絲，zui后是其它濕式加工。采取這種預(yù)防措施能
夠?qū)⑶邢饕旱挠昧拷档絲ui小，并且可以防止其對(duì)干式加工的干擾。