胡興

【摘要】隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，切削技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，出現(xiàn)的干切削技術(shù)由于低耗、環(huán)保、高效對(duì)傳統(tǒng)的切削技術(shù)是一個(gè)很好的替代。傳統(tǒng)的切削加工需要消耗大量的切削液，不僅會(huì)提升機(jī)械制造的成本，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。干切削則完全避免了傳統(tǒng)切削的上述缺點(diǎn)，但從目前情況來(lái)看，干切削一般只適用于鑄鐵件切削和低速切削，傳統(tǒng)切削的應(yīng)用范圍依舊較為廣泛，對(duì)于規(guī)模小、實(shí)力弱的中小機(jī)械制造企業(yè)更是如此。本文基于干切削技術(shù)來(lái)論述機(jī)床的改造方案，希望對(duì)大家相關(guān)領(lǐng)域的研究有所幫助。

【關(guān)鍵詞】干切削技術(shù)；機(jī)床改造方案；探討

前言

相關(guān)的數(shù)據(jù)指出[1]，應(yīng)用傳統(tǒng)切削技術(shù)的機(jī)床在切削液上的支出占到總制作成本的16%-20%，其成本支出包括切削液的購(gòu)買以及后期的處理。機(jī)床是機(jī)械生產(chǎn)的核心構(gòu)件，對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造有利于干切削技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值和作用。干切削技術(shù)對(duì)機(jī)床的改造主要涉及隔熱措施、刀具選擇、加工參數(shù)、溫度控制、排屑裝置等方面，這也是本文論述的切入點(diǎn)。

1.干切削技術(shù)機(jī)床改造方案流程

①拆除機(jī)床上原有的噴淋切削液裝置；②選擇干切削刀具替換機(jī)床上原有的刀具，然后進(jìn)行刀具參數(shù)設(shè)計(jì)，以提升干切削刀具的性能；③設(shè)置吸塵裝置、排屑裝置，以使切屑及時(shí)排出，同時(shí)采取必要的隔熱措施和熱平衡措施，減少切削熱的影響。④根據(jù)干切削加工特點(diǎn)優(yōu)化加工參數(shù)，以提升加工的效率；⑤采用一定的技術(shù)措施，營(yíng)造一個(gè)良好的加工環(huán)境，提升刀具的使用壽命?？傊汕邢骷夹g(shù)下的機(jī)床改造方案不盡相同，除了受干切削技術(shù)的影響，還受加工要求、加工材料以及輔助技術(shù)的的影響，在實(shí)際的改造中應(yīng)綜合考慮多方面的因素。

2.干切削技術(shù)機(jī)床改造方案的核心內(nèi)容

2.1確定刀具的材料、尺寸

刀具的選擇是機(jī)床切削加工的關(guān)鍵，也是干切削技術(shù)下機(jī)床改造的重點(diǎn)。當(dāng)前，干切削刀具的主要材料有聚晶金剛石、粉末高速鋼、SiC晶須增韌陶瓷、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、納米晶粒陶瓷立方氮化硼等，其中粉末高速鋼最為普及。同時(shí)為了提升刀具的精度，降低刀具的粗糙度，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，可采用在刀片表面運(yùn)用TiAlN、TiN等涂層技術(shù)的刀具。為了使刀具更加適合干切削，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要對(duì)刀具的尺寸、結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

2.2機(jī)床隔熱處理

機(jī)床的干切削會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量積聚后會(huì)導(dǎo)致機(jī)床溫度過(guò)高發(fā)生熱變形，使得機(jī)床喪失原有的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和加工精度。切削熱量主要是通過(guò)切屑進(jìn)行傳遞，對(duì)此應(yīng)采取一系列的隔熱措施，比如選用由絕熱材料制造的排屑槽，選用耐熱防護(hù)罩保護(hù)床身、刀具和工件，防止高熱的切屑與機(jī)床直接接觸。上述一系列措施避免了機(jī)床溫度過(guò)高，但有時(shí)機(jī)床局部溫度的升高仍然是不可避免的。為了減少局部溫度過(guò)高引發(fā)的機(jī)床較大幅度的熱變形，可采取一定的熱平衡措施減少溫度落差。比如把機(jī)床的頂部和底部、左側(cè)和右側(cè)用灌滿油液的型腔連接在一起，使某處的熱量通過(guò)油液這個(gè)熱導(dǎo)體傳輸?shù)綔囟容^低的部位，實(shí)現(xiàn)熱均衡，避免局部溫度過(guò)高。

2.3減少切屑和灰塵

干切削產(chǎn)生的熱量大多被切屑帶走，對(duì)于高速干切削更是如此，可達(dá)到總熱量的95%以上。除了對(duì)機(jī)床進(jìn)行隔熱處理和熱平衡外，還應(yīng)設(shè)置排屑裝置，讓切屑及時(shí)得到排除，這是降低切削熱量的關(guān)鍵。想要實(shí)現(xiàn)有效排屑可采取以下措施：采用傾斜的床身和斜面擋屑板；采用立式布局的刀架和主軸，以減少容易滯留切屑的平臺(tái)，采用刀具在下工件在上的加工方式，以使切屑在重力的作用下及時(shí)排出。第一種方法由于對(duì)機(jī)床的改動(dòng)小，機(jī)床的造價(jià)不會(huì)得到明顯的提升，且能實(shí)現(xiàn)有效的排屑，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2.4選擇合適的干切削技術(shù)

2.4.1靜電冷卻干切削

配備空氣電離器，利用電離器壓縮空氣，并把空氣臭氧化、離子化，然后再把加工后的空氣經(jīng)由噴嘴送至切削區(qū)，營(yíng)造一個(gè)特殊的氣體環(huán)境，繼而實(shí)現(xiàn)靜電冷卻干切削。為了確保干切削的效果，噴嘴應(yīng)盡可能靠近切削點(diǎn)。這種特殊的氣體環(huán)境不僅能避免切削區(qū)溫度過(guò)高，還能使切削加工表面形成一層致密的氧化薄膜，減低摩擦力，降低加工零件的磨損，提升刀具的使用壽命。相關(guān)的研究試驗(yàn)證實(shí)[2]，靜電冷卻干切削刀具與傳統(tǒng)切削刀具的使用壽命基本一致，前者為后者的80%-90%，在某種情況下，前者的使用壽命還會(huì)高于后者。在國(guó)防工業(yè)以及汽車制造中，靜電冷卻干切削已有廣泛應(yīng)用。

2.4.2氮?dú)飧汕邢?/p>

安裝氮?dú)馍裳b置，利用氮?dú)馍裳b置收集空氣，對(duì)空氣進(jìn)行壓縮達(dá)到5～6MPa，并把空氣中的CO2、O2、H2O去除，然后再把加工后的空氣經(jīng)由噴嘴送至切削區(qū)，營(yíng)造充滿氮?dú)獾木植繗怏w環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)氮?dú)飧汕邢?。為了確保干切削的效果，噴嘴應(yīng)盡可能靠近切削點(diǎn)。這種特殊的氣體環(huán)境不僅能避免刀具發(fā)生氧化和腐蝕，還能防止切削粘連到刀具，保護(hù)刀具涂層，從而實(shí)現(xiàn)刀具使用壽命的提升。氮?dú)飧汕邢骷夹g(shù)最為先進(jìn)的日本的EV530型加工中心[3]，其提取的氮?dú)饧兌饶苓_(dá)到99.19%以上，盡可能避免了CO2、O2、H2O對(duì)刀具使用壽命的影響。該技術(shù)在去MQL切削淬硬磨具的輔助下使得刀具的使用壽命增加了600%。氮?dú)飧汕邢髦饕獞?yīng)用于高速鋼、鋁、鋼、鎂的加工，其中高硬度材料的加工最為廣泛。

2.4.3高速干切削

在高速干切削中，紅月牙技術(shù)（Red Crescent）最為成熟，其刀具材料是CBN和陶瓷，通常還會(huì)采用激光進(jìn)行輔助加工。應(yīng)用紅月牙技術(shù)進(jìn)行高速干切削的過(guò)程中，為了降低工件的屈服強(qiáng)度，刀具前端會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，以使工件熾熱，增加工件的可塑性。采用激光輔助的情況下，工件能更快地達(dá)到熾熱，屈服強(qiáng)度更低，可塑性更高。具體的改造方法如下：把聚焦透鏡安裝在機(jī)床主軸箱上，然后根據(jù)加工要求對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行調(diào)整；激光能量轉(zhuǎn)化為工件熱能，使工件軟化、熾熱，減少加工的阻力。相關(guān)研究試驗(yàn)證實(shí)[4]，在高強(qiáng)度鋼、鈦、灰鐵的加工中，采用激光輔助的高速干切削，刀具磨損降低90%，銑削力可降低30%-70%，極大地降低了干切削加工的難度，降低了刀具的磨損，實(shí)現(xiàn)了加工效率和刀具壽命的提升。

3.結(jié)束語(yǔ)

為了方便切屑的及時(shí)排出，并潤(rùn)滑和冷卻切削部位，避免刀具過(guò)熱或過(guò)快磨損，傳統(tǒng)的切削加工時(shí)會(huì)噴淋切削液。而切削液不僅會(huì)造成成本的增加，還會(huì)污染環(huán)境，而干切削不需要噴淋切削液?？偟膩?lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)切削相比，干切削更加的環(huán)保、節(jié)能、高效，對(duì)機(jī)械制造的機(jī)床改造具有較高的應(yīng)有價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]Tan XC，Liu F，Cao HJ，Zhang H.A decision-making franework model of cutting UIDS selection for green manufacturing.Journal of Materials Processing Technologies，2002.

[2]Kalhoer E.Dry machining principles and applications.Julho，Brazil，SantaBarbara DOeste，SP.In：proceedings of the second Seminario International deAlta Tecnologia UNIMEP，1997.

[3]李國(guó)和，戚厚軍，蔡玉俊等.螺旋錐齒輪高速干切削關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工具技術(shù)，2013，47（2）：36-40.