制造業(yè)是產(chǎn)生工業(yè)污染的主要來(lái)源之一，其中傳統(tǒng)加工所使用的切削液給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，尤其是環(huán)境保護(hù)法規(guī)的嚴(yán)格實(shí)施，對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生的環(huán)境污染提出了更高的要求。一種能減少對(duì)環(huán)境污染、節(jié)約資源和能源的綠色制造技術(shù)——干切削加工技術(shù)，越來(lái)越受到人們的重視。近年來(lái)，許多發(fā)達(dá)國(guó)家在工廠條件允許的情況下正積極地采用干式切削加工技術(shù)，以達(dá)到減少切削加工 的潤(rùn)滑污染、降低加工成本的目的。

　　1 干式切削加工相關(guān)技術(shù)

　　干式切削加工技術(shù)是在無(wú)冷卻或少許潤(rùn)滑油、劑的條件下，采用高切削速度進(jìn)行切削加工的方法。在于式切削條件下，失去切削液、冷卻、清洗、排屑的作用，切削條件非常惡劣。在切削區(qū)域會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱將無(wú)法及時(shí)的散發(fā)，溫度和切削力大幅度上升，摩擦力增大，刀具磨損加快，生產(chǎn)效率降低。因此要使干式切削加工工藝得到很好地推廣，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，克服其缺點(diǎn)，就必須要很好地解決干式切削加工相關(guān)地技術(shù)難題。 
  

1. 刀具結(jié)構(gòu)
     
   干式切削刀具應(yīng)滿足以下要求： 
     

   1. 刀具材料應(yīng)有良好的耐熱性和耐磨性；
   2. 切屑及刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能??；
   3. 刀具的結(jié)構(gòu)要保證排屑流暢與散熱；
   4. 刀具應(yīng)有高的強(qiáng)度和抗沖擊韌性。

   
     

   圖1 熱管式車(chē)刀

   圖2 熱管式銑刀

   圖3 ALPHA22鉆尖結(jié)構(gòu)

   
     
   刀具結(jié)構(gòu)為了保證干式切削對(duì)斷屑、排屑及自冷卻的要求，必須對(duì)刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。如： 
     

   1. 在切削力較小的情況下，可采用大前角和大圓度切削角； 
   2. 采用負(fù)前角或前后刀面凸起，以延緩月牙哇對(duì)刀刃的損傷； 
   3. 增大負(fù)刃傾角，改善刀刃及刀頭的切入狀態(tài)，提高刀具的抗沖擊和抗熱震能力。 
        
   圖1 為熱管式車(chē)刀結(jié)構(gòu)、圖2為熱管式銑刀結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在車(chē)刀的刀體和銑刀的每個(gè)刀齒內(nèi)部制成空心的熱管，配以冷氣系統(tǒng)，可把大量的切削熱量帶走。圖3為德國(guó)TITEX公司開(kāi)發(fā)的干式深孔鉆頭“ALPHA22”鉆尖結(jié)構(gòu)。該鉆頭刀刃經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減少刀具與工件間的接觸強(qiáng)度。
2. 刀具材料
     
   近幾年，高硬度材料的出現(xiàn)，為干式切削提供了可能。目前應(yīng)用于干式切削加工的刀具材料主要是：超細(xì)硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、金剛石與氮化硼等超硬度材料。 
     

   1. 超 細(xì) 硬 質(zhì)合金可以提高普通硬質(zhì)合金的韌性，具有很好的耐磨性和耐高溫性，可用于制作大前角的深孔鉆頭、刀片作銑削和鉆削的干式加工。
        
   2. 立方氮化硼(CBN)材料的硬度高，達(dá)3，200～4，000HV，僅次于金剛石、熱傳導(dǎo)率好，達(dá)1，300W/MK、具有良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性，在1，200℃下熱穩(wěn)定很好。采CBN刀其用于加〔鑄鐵，可大大提高切削速度、用于加工粹火鋼，可以以車(chē)削代替磨削。
        
   3. 聚晶金剛石(PCD)刀具硬度高，可達(dá)7，000～8，000HV，熱導(dǎo)率可達(dá)2，100 W/MK，線膨脹系數(shù)小。PCD刀具切削時(shí)產(chǎn)生的熱能很決從刀尖傳遞到刀體，從而減少刀具熱變形引起的加工誤差。PCD刀具適用于干式加工銅、鋁及鋁合金工件。
        
   4. 涂層硬質(zhì)合金刀具很適合干式切削加工。涂層的作用主要是在刀具與切削材料之間形成隔熱層，抑制切削的熱沖擊，減少摩擦系數(shù)，減少刀具的磨損。刀具涂層厚度為 1～5μm。涂層的材料有TiC， TiAlN， TiCN等，其中TiAlN具有較好的耐熱性能和高溫性能，其高溫連續(xù)切削性能是TiC涂層的4倍，高溫硬度高于TiN。表1是SECO公司用涂層刀具進(jìn)行干式銑削的情況。

   
     
3. 低溫冷風(fēng)切削
     
   低溫冷風(fēng)切削的概念是由日本人橫川和尹首先提出來(lái)的是一種在-10～-100℃冷風(fēng)冷卻和非常微量的植物油潤(rùn)滑條件下進(jìn)行干式切削的技術(shù)。有關(guān)研究表明，在刀具表面涂一層薄薄的植物油，在切削加上點(diǎn)進(jìn)行低溫冷風(fēng)冷卻，其干式加工的效果很理想。如，在切削條件為：工件直徑：?92～?98mm；切削速度45.1～48.Om/min；進(jìn)給 O.5mm；切削余角：45°；刀具：刀具半徑RO.4mm， SKH高速鋼不重磨刀片的試驗(yàn)結(jié)果：以刀具后刀面磨損寬度達(dá)0.2mm為評(píng)價(jià)嚴(yán)重磨損的指標(biāo)的話，完全干式切削時(shí)刀具切削長(zhǎng)度為1000mm、只供給 Acc-Lube精密潤(rùn)滑油的刀具切削長(zhǎng)度為1500mm、只用-12℃的冷風(fēng)，切削長(zhǎng)度為2000mm、在供給-12℃冷風(fēng)的同時(shí)，在切削部位注入 1ml/h的Acc-Lube精密潤(rùn)滑油，切削長(zhǎng)度為4000mm。 
   
      表1 涂層硬質(zhì)合金刀片的應(yīng)用
    

1. 氣霧潤(rùn)滑切削
     
   氣霧潤(rùn)滑是采用一定的噴射冷卻裝置，將冷卻液霧化為毫米級(jí)的氣霧，不斷噴射到刀具表面進(jìn)行潤(rùn)滑的切削加工。其工作原理是把冷卻液通過(guò)噴射裝置與空氣充分混合，并且，在高壓下通過(guò)多孔噴射出內(nèi)噴嘴形成冷卻循環(huán)、外噴嘴形成氣柱，對(duì)刀具進(jìn)行冷卻與潤(rùn)滑。該方法能節(jié)約大量的冷卻液，其冷卻液用量在50ml/h以下。在鋼加工和孔深為5倍以上的孔加工中采用此辦法效果很好。

2 干式切削加工的應(yīng)用