关键技术：1.4.2干切削加工优化方案

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：目前使用的刀具中有40％是涂层刀具，新的涂层还在不断出现，使用涂层刀具实现干切削加工的趋势在不断增长。因此，要注意干切削机床的快速排屑结构、辅助排屑设施和提高干切削机床热稳定性的结构设计。

1.干切削的刀具技术

由于不使用切削液，干切削时的切削温度比普通湿切削要高很多，刀具能否承受干切削时巨大热能，是实现干切削的关键。这方面的主要措施有：

（1）采用新型刀具材料干切削不仅要求刀具材料具有极高的热硬性和热韧度，而且还须有良好耐磨性、耐热冲击和抗粘结性。目前已发展的刀具材料主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷、金属陶瓷、涂层和超细晶粒硬质合金等。发展具有更加优异的高温力学性能、高化学稳定性和热稳定性及高抗热振性的刀具材料，是推动干切削技术发展和广泛应用的重要前提。

（2）采用涂层技术对刀具进行涂层处理，是提高刀具性能的重要途径。刀具的涂层不仅提高了刀具表面硬度，而且能降低刀具╱工件和刀具╱切屑表面之间的摩擦，也能隔绝切削区的热量传入刀具（片）。目前使用的刀具中有40％是涂层刀具，新的涂层还在不断出现，使用涂层刀具实现干切削加工的趋势在不断增长。近十年来，刀具涂层技术发展十分迅速，涂层材料多达几十种，涂层工艺也越来越成熟，通过多年的“技术攻关”，现已解决了涂层与基体材料结合强度低的技术难题。

（3）采用合理的刀具结构在干切削加工中，原有的标准刀具不能适应干切削，刀具几何参数的优化非常重要。为此，干切削加工应优化刀具几何参数，以减少加工中刀具与切屑间的摩擦和强化切削刃。干切削刀具拟通过如下方法进行设计：

1）基于自由切削的原理，设计刀具切削部分的几何形状，以减少由于切屑干涉引起的切削能耗。

2）尽量增大刀具切削部分单位表面积所包含的材料体积，提高刃部、尖部的瞬间受热能力。

3）使刀具为负前角或使前、后刀面凸起，以延缓月牙洼对切削刃的损害，这种方法在一些新型刀具上已有应用。

4）增大负刃倾角，改善切削刃及刀尖的切入状态，以提高刀具抗冲击和抗热振能力。

5）加大切屑在前刀面断屑台上的变形量和增加断屑台的个数，以提高对强韧性切屑的断屑能力。

2.干切削的机床技术

研制干切削加工机床有利于更好地实现干切削加工。这种机床应该刚性足、功率大、能快速有效地排屑，同时用合适的软件系统补偿温度对加工的影响。设计干切削机床时应要考虑的特殊问题有两个：一是切削热的迅速散发，干切削时在机床加工区产生的热量较大，这些热量如不及时从机床的主体结构排出去，就会使机床产生严重的热变形，影响工件的加工精度和机床工件的可靠性。而对于一些无法排出的热量，相关部件应采取隔热措施。另一个是切屑和灰尘的快速排出，切屑中带有大量的热量并且落到工件上会划伤工件，灰尘则会影响工件的加工质量。因此，要注意干切削机床的快速排屑结构、辅助排屑设施和提高干切削机床热稳定性的结构设计。

3.干切削的工艺技术

工件材料在很大程度上决定了实施干切削的可能性。改善材料的可加工性、减少切削过程中变形和摩擦产生的热量，是发展干切削的一项技术措施。例如，开发易切钢和易切铸铁等。不同工件材料的热学特性差别较大，干切削要求工件有较大的热容量和较低的热导率，因此，大质量的零件比小质量的零件更适宜干切削。切削力大、温度高是干切削的主要特点，为了减少高温下刀具和工件之间材料的粘结和扩散，获得正常的刀具寿命，应特别注意刀具材料和工件之间的合理匹配。

刀具确定以后，根据具体加工，还应选择合适的切削用量和其他参数，在干切削加工中，建议采用高的切削速度，因为高的切削速度会使切屑排除快、散热快，对提高刀具寿命非常有利。

现在已经采用的干切削加工工艺有：低温冷风干切削技术；高速干切削技术；低温干切削技术；静电冷却干切削技术；微量润滑切削技术以及亚干切削等。

4.可靠的刀具检测装置

干切削使刀具处于一个更加恶劣的加工环境，如温度升高、切削力增大等，同时使刀具破损、磨损失效的概率增大。因此，刀具检测装置成为干切削可靠性和安全性以及加工质量的有利保证，目前随着传感器、数字信号处理技术的发展以及神经网络、人工智能在刀具检测领域的应用，各种性能稳定、可靠性高的刀具检测装置都能在市场上找到，选择时主要取决于对其性能的要求和经济角度的考虑。

关键技术：1.4.2干切削加工优化方案

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