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切削加工的發展方向-乾切

乾切削是切削加工的發展方向

 

多年來,切削液曾是非常便宜,在大多數加工過程的成本中,其所占比例不到3%。以至沒有誰會對此多加注意。可是,現在不一樣了,切削液在生產成本中所占比例上升為15%,這就不得不引起生產經營者的極大關注。

特別是那些含油的切削液已經成為一項很大的支出。更重要的是它的排放污染環境,國外環保部門要監控這些混合製劑的處理。而且,許多國家和地區也把它們劃歸為危險廢棄物,如果其中含有油和某些合金,還要採取更為嚴厲的控制措施。

再有,許多高速加工工序加了切削液會產生煙霧,環保部門也限制切削液煙霧釋放量要在允許範圍內,職業安全和職工健康管理部門為了降低切削液煙霧排放允許值,正在考慮先進國家措施,其中包括制定比較高的切削液的價格政策。因此,越來越多的廠家開始採用乾切,以避免這筆費用和與切削液處理相關連的麻煩。

以前,金屬加工行業使用切削液已形成"習慣",所以採用乾式切削的主要障礙是這種習慣使然,操作者認為切削液是取得良好加工表面、提高刀具壽命所必須的。也有許多人認為變濕切為乾切,費用可能會更高。其實兩種看法都偏頗。對於多數金屬切件,乾切應該是"標準加工環境"。在高速下乾車、乾銑淬硬材料不僅可能,而且更經濟。關鍵是要知道如何正確地選擇刀具、機種和切削方法。儘管切削液在有些場合還是需要的,可是實務與研究所得;由於當前刀具材料有很大發展,情況也在不斷的變化。新的硬質合金牌號特別是那些塗層牌號,在高速、高溫的情況下不用切削液,切削效率更高。事實上,對於間斷切削,切削區溫度越高,越不適合用切削液。

以銑削為例,假定切削液能克服高速旋轉的銑刀引起的離心力,那它在到達切削區之前也就已經蒸發了,它的冷卻效果是很小的甚至沒有。而使用切削液,會讓刀具產生溫度的激烈變化,銑刀刀片自工件切出時冷卻,再切入時溫度又上升。儘管在乾切削時也有類似的加熱和冷卻循環產生,但是加了切削液這種溫度變化要大得多。溫度急劇變化在刀片中產生應力,會導致刀具裂紋的產生。類似的情況在車削中也會出現,例如用非塗層硬質合金,在速度高於130m/min時,車削中碳鋼,刀尖切入工件不到40秒,然後暴露在冷卻液中,就能很明顯地表現出熱衝擊的損害。這種熱衝擊加快了月牙窪磨損和後面磨損,因而大大地縮短刀具壽命。對於大多數車削加工,乾切通常能延長刀具壽命。

儘管塗層鑽頭也能夠起到類似切削液的潤滑效果,塗層還能減少切削力並能使磨擦阻力趨向最小。從整體效果來看,目前還不能完全代替切削液。用哪種型號的切削液要根據具體情況,潤滑性切削液用於低速加工與難加工材料以及表面粗糙度要求較高時比較好。

雖然冷卻能力較高的切削液,可以增強易切削材料高速加工性能,可以用於有產生積屑瘤傾向或有嚴格的尺寸公差的情況下。可是許多時候用了切削液取得了某些效果,但它需要很高的額外費用,也帶來非常有害的環境污染,這是不值得的。應該看到,現代的切削刀具能承受更高的切削熱,具備高速切削所需的性能。必要時可以用壓縮氣從切削區吹走熱的切屑,以取代切削液。

 

乾式切削需要考慮的事項

加工時,選定正確的機種和恰當的裝備是很重要的。因為速度特別快,材料又常常較硬,乾式切削加工時切削溫度很高,機台必須剛性足、馬力大。在加工中心上進行乾式切削之前,操作者應該儘量保持其工具伸出長度較短,主軸是處在剛度最佳的情況下,還要考慮機台的速度、額定功率。

談到車床工近淨成型(near net shape)和淬硬的零件,刀具轉塔可以對著機台剛性強的方向進行加工,因為這個方向的長導軌能把切削力分散。設計得好的機台,能直接在短導軌上分散這些切削力,並且刀架由最少的零件組成,卻能移動和支撐刀具。在相對於柔性更重視精度時,則應該考慮用螺栓將一組刀具直接固定在橫拖板上避免迴轉分度機構。

熱穩定性對精度是非常關鍵的。一些製造商採用軟體提高了他們的加工中心的精度,這些軟體補償了溫度的影響。然而,控制溫度應該從有效地排除熱切屑開始,因此要排除密封的工作區內部重要的熱源。優秀的機台設計,機台裏沒有那些能聚集切屑的窪坑和高臺。用排屑螺桿與傳送器儘快將切屑排出機台外,而不用切削液協助沖走。如果排屑出了問題,可用壓縮空氣取代切削液。

為了保護滾珠螺桿、導軌、伸縮套管;防護罩、密封條和灰塵收集器還是需要的。如果需要一台乾切削的機台,可以把原來設計好的機台濕式切削操作轉變為乾式切削操作,通常也是比較便宜。需要添加的灰塵收集器和空氣傳送系統,比濕式切削加工相應的油霧收集器和冷卻泵稍微貴些。

 

乾式切削加工操作成本也是比較低的,因為它避免了冷卻液的管理和處理費用,其次是壓縮空氣耗電比冷卻泵要少。因此,乾式切削的應用會越來越廣泛

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