技術簡介
隨著高速工具機、加工心及加工技術迅猛發展,切削速度切削功率急劇提高,使得單位時間內金屬切除量大量增加,工具機加工過程使用切削液用量越來越大,其流量有時高達80~100L/min。但高速切削時切削液實際上很難到達切削區,切削液很難起到冷卻作用。因此,高速切削技術發展推動了乾切削技術研究。
另外,某些特殊加工套用,例如醫學植入領域為髖部植入一個球形關節,切削液可能弄髒零件或產生污染,因此,切削液特殊加工領域絕對不允許使用。
乾切削加工技術一種加工過程不用或微量使用切削液加工技術,一種對環境污染源頭進行控制清潔環保製造工藝。它作為一種新型綠色製造技術,不僅環境污染小,而且可以省去與切削液有關裝置,簡化生產系統,能大幅度降低產品生產成本,通時形成切屑乾淨清潔,便於回收處理。乾切削已成為目前綠色製造工藝研究一個熱點,並已經實際加工得到了成功套用。
乾切削對刀具必須要有嚴格性能要求:
①具有優良熱硬性耐磨性。
乾切削切削溫度通常比濕切削時高得多,熱硬性高刀具材料才能有效地承受切削過程高溫,保持良好耐磨性。刀具材質硬度為工件材料4倍以上。
②較低摩擦係數。
降低刀具與切屑、刀具與工件表面之間摩擦係數,一定程度上可替代切削液潤滑作用,抑制切削溫度上升。
③較高高溫韌性。
乾切削時切削力比濕切削要大,並且乾切削切削條件差,因此刀具具有較高高溫韌性。
④較高熱化學穩定性。
乾切削高溫下,刀具仍然保持較高化學穩定性,減小高溫對化學反應催化作用,從而延長刀具壽命。
⑤具有合理刀具結構幾何角度。
合理刀具結構幾何角度,不但可以降低切削力,抑制積屑瘤產生,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,易於散熱。
套用實例
經TiAlN塗層的高速鋼拉刀,在幾何尺寸及齒升量等方面都進行優選,採用半乾切削,在通常的拉削條件下,塗層拉刀的壽命比未塗層拉刀提高20%以上,且被拉工件表面質量也較好。
使用?5mm9341高速鋼雙后角135°全磨製TiAlN塗層鑽頭鑽削185HB45鋼,在乾切削,線速度35m/min,鑽16mm深盲孔,進給量由0.10mm/r提高到0.15mm/r條件下,鑽孔數由200個下降到80個,較未塗層鑽頭壽命提高1倍,效率提高2倍多。
?6mm M2鋼軋制伍爾特鑽頭,經氧氮化處理,鑽削HRC31~的40CrMnMoS鋼板,在乾切削,線速度25.2m/min,鑽18mm深盲孔,進給量0.10mm/r條件下,鑽孔數110個以上,是普通同規格、同材質鑽頭、壽命的8~10倍。這種高性能高壽命的鑽頭
M35鋼拉刀經TiN塗層,乾式拉削42CrMoV鋼,其壽命比未塗層濕拉提高3倍多。
採用國產陶瓷刀片乾車削淬硬鋼已很普遍,模具工業發展如此迅速,在很大程度上也得益於乾切削技術的進步,不僅加快了模具製造周期,更重要的是提高了經濟效益。
在P1600/2000帶有內齒銑頭的高效滾齒機上加工107齒、9模數、8°螺旋角、120mm齒寬、42CrMoS4材料的內齒,採用乾切削的銑齒時間為135min(一次性切削),而用插齒方法在普遍工具機上加工同樣的切除量,至少也得兩三天。
關鍵技術
工具機 乾切削對工具機的隔熱性能、排屑速度、洗塵效果、精度及剛度等提出了嚴格的要求。
刀具 傳統的刀具材料——高速鋼在車、銑等諸多領域已逐步淡出。目前,乾切削刀具的主要材料有超細顆粒硬質合金、聚晶金剛石、立方氮化硼、SiC晶須增韌陶瓷及納米晶粒陶瓷等。
研究開發適應乾切削的塗層技術大有前途,TiN、TiAlN塗層技術遠遠不能滿足市場需要,迫切要求開發硬度更高,耐磨性更好,防震、抗磨損能力強的綜合塗層。
針對乾切削加工的特殊性,粉末高速鋼刀具應大量上市,同時需要對刀具的尺寸參數及結構重新設計或最佳化;對加工工藝各參數也必須進行深入研究。以?5mm伍爾特鑽頭為例,隨著鑽孔速度的提高,鑽孔數明顯下降,當切削速度由28m/min升至35m/min時,鑽孔數由324個跌至120個,其他刀具乾切削時亦有類似情況。
乾切削技術前景
乾切削加工技術是金屬切削領域的一場革命,是對傳統製造觀念和生產方式的一種挑戰,其推廣和套用必將引起廣泛而深遠的影響。國外對乾切削加工技術的研究與套用成效卓著,有目共睹。而我國還處於啟蒙階段,差距太大,幸而政府有關部門、行業協會及各界審時度勢,逐漸開始重視和推廣乾切削加工技術,這將有利於乾切削加工技術在我國得到普及和提高。