干式切削加工技术的国内外研究与应用现状综述

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：以色列ISCAR公司认为，干切削工艺是切削加工技术的主要发展趋势。我国部分高校和研究院所已进行了大量干切削加工技术的研究和探讨，并取得了一批科研成果。在干切削加工的试验研究中，与硬质合金刀具相比，寿命提高两倍以上，生产成本与其相当或略低。

继高速加工在20世纪80年代中期取得突破和应用领域不断扩大之后，工业发达国家在20世纪90年代中期把切屑工艺研究和开发的重点转向了干切削加工。例如，在德国，联邦教育、科学、研究和技术部在1995年制定和启动了研究和开发称之为“21世纪工业生产战略”的干切削加工工艺科研框架项目“生产2000”，并为此提供了4亿5千万马克的研究经费，组织了包括机床厂、刀具厂和汽车厂在内的18家企业和9个高校研究所协同攻关。经过4～5年的开发，干切削加工在工业生产中已获得了成功应用，表明不用切削液或采用微量切削液的切削加工（亚干切削加工）技术已进入推广应用阶段。

据统计，现在已有20％左右的德国企业采用了干切削技术。干切削技术的研究和应用方面，德国居国际领先地位，日本也已成功开发了不使用切削液的干式加工中心，采用装有液氮冷却的干切削系统，从空气中提取高纯度氮气，常温下以0.5～0.6MPa压力将液氮送往切削区，可顺利实现干切削。

以色列ISCAR公司认为，干切削工艺是切削加工技术的主要发展趋势。干切削应用较普通，因为车削中切削区热量恒定，容易通过采用新型硬质合金刀具，选用合理的进给量和切削速度，就能进行干切削，在某些场合还可以利用激冷气体或旋风喷雾降低切削温度。

此外，其他工业发达国家，如加拿大、英国等也纷纷开展了有关干切削加工技术方面的研究，有些发展中国家也非常重视干切削的研究，通过各种途径积极鼓励和支持制造业发展的相关工作。随着刀具材料、涂层技术、刀具结构和工艺装备的发展及对环境管理和监测有严格规定的IS0 14000系列标准的出台，美国、德国、日本等国家已对十切削进行了大量的研究并应用于实际生产，取得了明显的经济效益和社会效益。

美国LE BI。OND MAKINO公司研究开发的“红月牙”(Red Cres-cent)铸铁干切削技术，就是利用陶瓷或CBIN刀具进行高速切削，由于干切削速度和进给量均很高，产生的热量很快聚集在刀具前端产生红热状态，工件热到370℃时屈服强度将显著下降，从而大大提高了生产效率，切除率可达49cm3/min，提高效率两倍多，此时的切削速度可达914～1219m/min，进给速度达1270-5080mm/min，该技术也可用于小直径刀具切削T况。

日本某公司研制开发的一种新型刀具，使用它进行切削加工不再需要切削液，利用该技术生产的滚刀、剃齿刀，以及用于加T弧齿锥齿轮的刀具已经商品化。这种技术同时在日本及欧美各国申请了16项相关专利。该公司最新生产的滚齿机已经配用了这种新型刀具，在同样的使用条件下刀具寿命延长了四倍，切削速度是原来的两倍，达到200m/min.加工一个零件的刀具成本降低了40%左右。尽管新刀具的售价是原来产品的2.5-3倍，但它所带来的好处是显而易见的，既降低了生产成本又有利于环境保护。

BIG THREE公司在变速箱通道板的加工巾，采用38台高速(15000r/min)金刚石干切削加工系统，其加工精度达0.05mm，每小时可加工600件，与传统磨削方法比，每年可节约300多万美元。该公司在工件的钻削加工巾采用最小量润滑技术(MQL).效果也不错。例如，采用Φb6mm硬质合金钻头，钻削孔深26mm，钻速30000～60000r/min.切削液用量减至最少0.ImL/h.如采用新型金刚石涂层钻头则可完全实现干切削加工。

为了今后在国际机械行业竞争中立于不败之地，我国也非常重视干切削加工技术的研究工作，已有多个项目得到了各种方式的资助。

我国部分高校和研究院所已进行了大量干切削加工技术的研究和探讨，并取得了一批科研成果。如合肥工业大学、哈尔滨工业大学、山东大学、重庆大学、江苏科技大学、广东T业大学等在干切削的刀具材料、刀具设计、刀具涂层、加工工艺、所使用的机床及加工方式等方面进行了较为系统的研究，积累了一定的研究经验。

合肥工业大学承担的国家科技攻关地方重大项目——纳米TiN、AlN改性的TiC基金属陶瓷刀具制造技术，这标志着一种利用纳米材料制作的新型金属陶瓷刀具问世。这个项目研究的TiN改性TiC基金属陶瓷材料，是在金属陶瓷（TiC碳化钛）中加入纳米TiN（氮化钛）细化晶粒。根据HALL－PETCH公式，晶粒细小有利于提高材料的强度、硬度和断裂韧度，这对力学性能有优化作用，对刀具材料的发展可以起到积极的推动作用。应用这项新技术研制的纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具，具有优良的力学性能，是一种高技术含量、高附加值的新型刀具。在干切削加工的试验研究中，与硬质合金刀具相比，寿命提高两倍以上，生产成本与其相当或略低。

哈尔滨理工大学对干切削GGr15材料的切削力、切削温度、已加工表面质量的切削实验研究，得到了被加工材料硬度对上述各项指标以及切屑形态、硬度、变形系数的影响规律，提出了临界硬度的概念，并得到了50HRC为区分硬态切削与普通切削GGr15材料的临界硬度。

江苏科技大学从1997年开始进行干切削加工研究，先后对Gr12、铸铝、ZH62、钛合金以及GH6149等材料进行了冷风冷却、亚干式冷却切削的实验和试验研究，并取得了一定的成果。成都工具研究所、山东大学和清华大学等单位对超硬刀具材料及刀具涂层技术进行过系统的研究，陶瓷刀具在我国目前已经形成了一定的生产能力，这些都为干切削技术的研究与应用打下了良好的技术基础。北京机床研究所成功开发了能实现高速干切削的KT系列加工中心。

干式切削加工技术的国内外研究与应用现状综述

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