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,也是一種對環境源頭進行控制、清潔環保的制造工藝。它作為一種新型綠色制造技術,不僅環境污染小,而且可以省去與切削液有關的裝置,簡化生產系統,能大幅度降低產品生產成本,同時形成的切屑干凈清潔,便于回收處理。
(本篇選自《數控刀具選用指南》第九章第一節(二)干切削)
(一)干切削的特點
干切削如圖所示。
圖1 干切削加工現場圖
干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。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。
(2)較低摩擦系數。降低刀具與切屑、刀具與工件表面之間的摩擦系數,一定程度上可代替切削液潤滑作用,抑制切削溫度上升。
(3)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,因此刀具應具有較高的高溫韌性。
(4)較高的熱化學穩定性。干切削高溫下,刀具仍然保持較高化學穩定性,減少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,易于散熱。
干切削相對于采用切削液的傳統濕式加工而言,是環境污染源頭控制的清潔制造工藝,具有以下特點:
(1)形成的切屑干凈、清潔、無污染,易于回收和處理。
(2)省去了與切削液有關的傳輸、回收、過濾等裝置及費用,簡化了生產系統,節約了生產成本。
(3)金屬切削當中,一般刀具成本占整個加工成本的4%~7%,切削液及處理費用占16%左右,干切削省去了相關的費用。
(4)不污染環境,也不發生與切削液有關的安全及質量事故,在車、銑、鉆、鉸及鏜削等加工中得到了成功應用。
(二)干切削的應用
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,重慶機床集團在數控高速自動干切滾齒機的研制和生產方面也取得了突破。
日本三菱推出的“GE06A”干式切削滾齒機,通過主軸和刀架軸的高剛性化與低發熱化,提高床身的熱容量,從而在高速加工時,能保證加工的穩定性和高精度。干式滾切對滾刀有特殊的要求,三菱設計的專用干式滾刀,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,生產成本至少降低40%。
格里森用硬質合金滾刀在PHOENIX機床上采用干式切削法加工錐齒輪,與傳統的高速鋼刀具濕式切削法相比,降低切削時間50%,而且齒輪的表面質量和幾何精度也大大提高。這一系列滾齒機,滾切轉速可達3000r/min。PHOENIXⅡ系列最新“600HC”的推出,對于直徑為600mm錐齒輪和準雙曲面齒輪的加工,在生產大型齒輪方面取得突破。
美國藍幟菲特(LMT-Fette)用硬質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的KC250H型干式滾齒機,采用硬質合金滾刀、冷風冷卻、微量潤滑,進行高速滾齒,由于供給的是溫度穩定的冷風,工件的熱變形極小。它與傳統的采用高速鋼滾刀KA220型濕式滾齒機相比,加工速度提高了3.2倍,齒輪精度也明顯提高。
2008年,重慶機床集團數控高速自動干切滾齒機實現七軸數字控制及四軸聯動自動干式切削,它徹底拋棄傳統的切削液,加工過程中無切削液的飛濺和油霧的產生,對環境和操作者無污染和傷害,實現了綠色環保加工。與普通滾齒機相比,其加工效率是濕式切削的2~3倍,單件成本僅為傳統機床的60%。