深入探析干切削加工技术

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：加之由于切削液中的有害物质，对工人的健康造成危害，也使切削液的使用受到限制。所以对内孔表面粗糙度要求高的零件应尽量避免采用干切削。但在对铝合金进行的镗削加工的比较性切削试验中发现，在相同加工条件下，所获内孔表面粗糙度与加不加注切削液几乎没有关系。由以上几个方面认为，对于零件尺寸精度、表面粗糙度要求不高的非封闭式的切削加工，完全可以采用干切削。

在切削加工中加注切削液，对降低切削温度、断屑、排屑起到了很好的作用，但也存在着许多弊端。例如，维持一个大型的切削液循环系统需花费很多资金；同时需要定期添加防腐剂，更换切削液等，因而也增加了许多费用。加之由于切削液中的有害物质，对工人的健康造成危害，也使切削液的使用受到限制。由此，干切削技术应运而生。干切削作为一门新技术，有一些新的问题和许多模糊的认识需要加以澄清，为此，美国密歇根（Michigan）技术大学（MTU）进行了大量的调查研究和比较性的切削实验，深入地分析研究了使用切削液对工人的健康、刀具使用寿命、切削力和力矩及加工质量等多方面的影响，以提高人们对干切削这种新技术的认识。

（1）工人的健康MTU所作的大量调查研究认为，切削液的使用，会使生产环境恶化，长期接触，可感染皮肤病与气管炎等，给工人健康与安全造成威胁。所以许多国家规定了严格的环卫标准，例如，由美国环境保护局（EPA）规定，要求空气中有害物质的允许含量，由原来的5.0mg/m³降低到0.5mg/m³。且空气中的有害物质允许的颗粒（PM）直径大小由原来的10μm下降至2.5μm。而要达到这一标准，需要高精度的切削液过滤装置、空气净化设备等，这将大大地增加制造成本，就这一点而言，已远远超过了使用切削液所带来的优点。

（2）刀具的使用寿命通常认为，加注切削液可以提高刀具使用寿命。然而从MTU在切削速度为v＝130m/min条件下，所作的切削实验证明：加注切削液切削，由于加注过程的不连续性与冷却程度的不均匀性，使刀具产生不规则的冷、热交替变换，容易使刀头产生裂纹，进而引起刀具破损，极大地降低了刀具的使用寿命。

（3）表面粗糙度MTU进行了100多次钻削试验，加工材料为铝合金（Al304和Al390），刀具选用不涂覆的硬质合金钻头，选择通常钻孔时所用的切削参数，结果表明，不加注切削液的干切削与加注切削液的湿切削相比，内孔的表面粗糙度值增大了两倍。所以对内孔表面粗糙度要求高的零件应尽量避免采用干切削。但在对铝合金进行的镗削加工的比较性切削试验中发现，在相同加工条件下，所获内孔表面粗糙度与加不加注切削液几乎没有关系。

（4）切削力和力矩MTU进行的钻削试验表明（条件同上），加注切削液，可明显地降低作用在钻头上的切削力和力矩，尤其对于封闭式的切削加工影响更大。攻螺纹加工、深孔拉削加工、锯削加工等的切削试验也充分证明了这一点。同样，对铝合金进行的镗削加工比较性切削试验的结果证明，在相同加工条件下，加注与不加注切削液，作用在镗刀上的切削力和力矩大小也基本没有变化。

（5）切削热与内孔尺寸精度MTU在试件内孔镗削加工试验中分时段、在不同轴向和径向位置上进行切削温度测量，并进行相应的切削温度有限元分析。其结果表明，不加注切削液会使试件内孔不同位置的切削温度上升，因而使内孔尺寸变大。所以，对内孔尺寸精度要求高的零件加工，确实面临着一个是否加注切削液的问题。

MTU所作的大量调查研究是在加注切削液和完全干切削条件下进行，若采用适量切削液以适当的技术方式进行封闭式的切削加工，其被加工件的尺寸精度、表面粗糙度、切削力和力矩等指标都明显好于加注切削液的切削条件。如钻孔，目前采用从钻杆中空对试件钻削区进行风冷或亚干冷却方式的试验效果就优于加注切削液条件。

由以上几个方面认为，对于零件尺寸精度、表面粗糙度要求不高的非封闭式的切削加工，完全可以采用干切削。而对于尺寸精度、表面粗糙度要求高的非封闭以及封闭式的切削加工，需采取一系列的技术措施，例如，提高主轴转速，减少进给量等，这些势必提高生产成本。但经计算分析，这些费用正好与取消切削液的费用相当。加之采用最新的制造技术，如使用新型刀具材料、采用高速切削技术等，完全可替代常用的加工技术。因而，干切削加工具有很好的发展前景。

深入探析干切削加工技术

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