干式切削及其在齒輪加工中的應(yīng)用

干式切削工藝的成敗，關(guān)鍵在于找到一種代替冷卻和潤滑的方法。目前，比較成功的干式切削法有兩種：高速干式切削和低溫冷風切削。 　　一、高速干式切削與低溫冷風切削 　　1．高速干式切削法 　　該加工方法是在無冷卻、潤滑油劑的作用下，采用很高的切削速度進行切削加工。干式切削必須選用適當?shù)那邢鳁l件。首先，采用很高的切削速度，盡量縮短刀具與工件間的接觸時間，再用壓縮空氣或其他類似的方法移去切屑，以控制工作區(qū)域的溫度。隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛使用，機床剛性和動態(tài)性能不斷提高，提高機床的切削速度并非難事。實踐證明，當切削參數(shù)設(shè)置正確時，切削產(chǎn)生的熱量80%可被切屑帶走。 　　高速干式切削法對刀具有嚴格的要求：①刀具應(yīng)具有優(yōu)異的耐高溫性能，可在無切削液條件下工作。新型硬質(zhì)合金、聚晶陶瓷和CBN等切削材料是干式切削刀具的首選材料；②切屑和刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能小（最有效的方法是刀具表面涂層），并輔以排屑良好的刀具結(jié)構(gòu)，減少熱量堆積；③干式切削刀具還應(yīng)具有比濕式切削刀具更高的強度和抗沖擊韌性。 　　2．低溫冷風切削 　　該切削方法是一種用-10℃～-100℃的冷風和非常微量的植物油代替冷卻和潤滑油劑冷卻的加工方法。它由日本明治大學的橫川和彥等最先提出。研究發(fā)現(xiàn)，在金屬切削加工過程中，如果只給加工點提供非常微量、潤滑效果良好且未氧化的植物油，加工點就會因高溫而喪失潤滑性。若給加工點提供冷風（-10℃～-100℃），就可以防止加工點的高溫化，避免上述情況發(fā)生。 　　冷風切削時切削性能大大提高。試驗表明，冷風切削、磨削在性能方面比油劑切削、磨削提高了2倍以上。圖1所示是有、無植物油切削劑與冷風時的切削性能對比情況?？梢钥闯?，僅使用冷風切削就比使用植物油切削的效果好，而冷風與微量植物油一起使用時，刀具的切削性能進一步加強。試驗時的切削條件：工件直徑：φ92mm～φ98mm，切削速度：45.1m/min～48.0m/min，進給：0.5mm，切削刀具：刀尖半徑R0.4，相當于SKH4高速鋼，不重磨刀片。 ▲無精密潤滑油，無冷風加工；■有精密潤滑油，無冷風； ●有精密潤滑油，有冷風；◆無精密潤滑油，有-16.7℃冷風 　　圖1 有、無植物油切削劑及冷風時的切削性能使用溫度非常低的強冷風加工時，為防止油劑凍結(jié)而喪失潤滑性，可在加工前，在刀具表面涂上微量的植物油，然后給加工點供應(yīng)強冷風。即不讓強冷風與油劑混在一起，效果會更好。使用微量植物油劑，不但降低了切削能耗，而且還消除了工件銹蝕現(xiàn)象。 　　二、干式切削在齒輪加工領(lǐng)域的應(yīng)用 　　新的硬質(zhì)合金涂層方法和數(shù)控機床的使用，使圓柱齒輪制造出現(xiàn)新趨勢：無冷卻的硬質(zhì)合金刀具高速切削。若工藝參數(shù)按最佳設(shè)置，可使加工時間短，刀具壽命更長。日本三菱公司、美國格里森公司等都在這方面開展了卓有成效的研究。 　　日本三菱公司推出了世界上第一套干式滾切系統(tǒng)。它采用的切削速度是傳統(tǒng)滾切速度的多倍，可達到200m/min。干式滾切對滾刀有特殊的要求，三菱公司設(shè)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(tǒng)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(chǎn)成本至少降低40%。 　　美國格里森公司用硬質(zhì)合金滾刀在Phoenix機床上用干式切削法加工錐齒輪，與傳統(tǒng)的高速鋼刀具濕式切削法相比，降低切削時間為50%，而且齒輪的表面粗糙度顯著降低和幾何精度也大大提高，加工精度可達AGMA12～13級。該公司生產(chǎn)的GP系列滾齒機，以其獨特的設(shè)計，使其干切質(zhì)量能與濕切質(zhì)量媲美。其床身設(shè)計成大角度斜坡，以利切屑流動。床身內(nèi)部循環(huán)冷卻，以利于維持熱平衡。此外，機床還配有一套真空除屑除塵系統(tǒng)。這一系列滾齒機，滾切轉(zhuǎn)速可達3000r/min。 　　高速干式切削法有如下優(yōu)點：首先，由于它省去了油屑分離過程，無冷卻潤滑油箱和油屑分離裝置以及相應(yīng)的電氣設(shè)備，因此，機床結(jié)構(gòu)緊湊。其次，這種方法極大地改善了加工環(huán)境；加工費用也大大降低。為進一步延長刀具壽命、提高工件質(zhì)量，可在齒輪干式切削過程中，每小時使用10～1000ml潤滑油進行微量潤滑。這種方法產(chǎn)生的切屑可以認為是干切屑，工件的精度、表面質(zhì)量和內(nèi)應(yīng)力不受微量潤滑油的負面影響，還可以用自動控制設(shè)備進行過程監(jiān)測。 　　美國費特公司(LMT-Fette)用硬質(zhì)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(fā)的KC250H型干式滾齒機，采用硬質(zhì)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(wěn)定的冷風，工件的熱變形極小。它與傳統(tǒng)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。 　　三、小結(jié) 　　干式切削與濕式切削相比，不但極大地提高了機床生產(chǎn)效率，降低了工件加工成本，而且有利于保護環(huán)境，節(jié)約自然資源。在國外，干式切削的研究和應(yīng)用都比較廣泛，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，目前在西歐已有近一半企業(yè)采用干式切削加工。國內(nèi)雖有部分機構(gòu)在從事這方面的研究工作，但在齒輪加工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用還是空白。 　　ISO和JIS14000系列標準分別于1996年制定生效，這些標準對環(huán)境管理及監(jiān)測有嚴格的規(guī)定。它們的實施，無疑是對我國機床產(chǎn)品出口的又一次挑戰(zhàn)。為提高我國產(chǎn)品的技術(shù)含量和工藝創(chuàng)新能力，在國際市場競爭中立于不敗之地，開展干式切削加工技術(shù)的研究和開發(fā)是十分必要和迫切的。 信息來源于：中工機床網(wǎng)