干切削技术的发展及应用探析

前面讲到，在切削加工中，切削液除具有冷却、润滑和排屑作用外，还能控制切屑形成，避免或减少积屑瘤的产生，从而提高生产率，降低加工成本。因此，切削液在生产中所占地位是很高的。但这仅仅是切削液有利的一面，随着环境保护和可持续发展意识的提高，人们开始从切削液的整个生命周期关注它所带来的一系列问题。切削液的广泛使用，不仅浪费资源，增加加工成本，而且污染环境，甚至危害工人健康。另外，切削废液的处理已成为现代制造工业的一大难题，这些都说明使用切削液所带来的负面作用越来越明显。

为了消除切削液带来的负面效应，除开发新型切削液外，最有效的方法是不使用切削液，即进行干切削加工。无论从经济方面，还是从环境保护方面考虑，干切削加工均是理想的绿色工艺切削方法。

1.干切削技术中的刀具问题

前面介绍的耐高热、高硬度、高耐磨性切削刀具的不断出现，为干切削带来了新的发展和应用前景。

刀具在干切削加工中起着至关重要的作用，一方面既要选择性能优异的刀具材料并进行适宜的表面涂层，另一方面刀具必须具有合理的几何角度，以减少刀具磨损，有利于切屑排出，减小切削力并保证切削刃有足够的强度。实践表明，干切削加工时使用的车刀要有大的前角、大的后角和合理的倒棱形式等。

干切削刀具的前刀面上易出现月牙洼磨损，这是因为加工中没有切削液，切削接触区域的温度升高所致。这时，应使刀具有大的前角和刃倾角，但前角增大后，切削刃的强度会受到影响，此时可配合磨出适宜的负倒棱刃带（图1-136），这样就能增强刀尖和刃口承受切削热和切削力的能力，同时减轻冲击和月牙洼扩展对刀具的不利影响。此外，根据工件材料和具体加工情况，再配合选择大的刀尖前角和后角，可使刀具楔角增大，减轻刀具与已加工表面之间的接触长度，从而有效降低后刀面的磨损率。

车削中，切屑带走大部分热量，对于普通车削刀具，由于切屑和前刀面的接触面积大，会使积聚的热量增加，产生月牙洼磨损，从而降低刀具寿命。如果采用如图1-137所示的具有双断屑槽几何形状的刀片，再配合切削刃上的负倒棱，则可大大减小刀片与切屑之间的接触面积，从而使切屑带走绝大部分热量，切削温度会相应降低，延长了刀具的使用寿命。

图1-136 在切削刃上磨出负倒棱刃带

(www.xing528.com)

图1-137 车削和排屑情况对比

a）使用普通刀具 b）使用干切削刀具

对立方氮化硼刀具，若倒棱太大，则加工淬硬钢时会产生高温，使刃口很快磨损，因此一般不采用大倒棱。这时，切削刃刃口处可采用斜面或刀尖倒圆及负前角，以及尽可能大的副偏角。

2.干切削技术应用举例

（1）铸铁和钢铁材料的干切削 前面讲到，加工铸铁件时不使用切削液，这是典型的干切削加工方式。对此，应重点关注的是如何提高生产率和加工质量。某公司使用陶瓷刀具及CBN刀具进行高速加工，采用高的切削速度和大进给量，这时产生的热量很快聚集在刀具前端，使这一部分材料达到红热状态，大大提高了切削效率。

切削钢制材料时，采用通过车床主轴孔供给高压冷却气带走切削热的方法，使切削温度降至最低，可取得好的加工效果。

（2）铝合金和镁的干切削 铝合金材料的导热性好且熔点低，加工时工件的膨胀严重，切屑易和刀面粘结而堆积在容屑槽中。因此，对铝合金进行干切削加工时，刀具应具有合适的涂层（有时采用微量切削液润滑可取得更好的加工效果）。用PCD涂层刀具车削铝合金工件，可取得良好的效果。

镁是金属中最难加工的材料之一，因为镁具有易燃性，与切削液中的水反应会生成氧化镁，并放出危险的氢气，造成切削液中的水硬化，且镁一旦受潮就会成为污染物。因此，加工镁时必须采用干切削技术。