綠色制造畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　當(dāng)前，一個以降耗，減廢，節(jié)能，節(jié)材，并且有利于環(huán)境保護和人體身心健康的，實行清潔安全生產(chǎn)的“綠色工程”已經(jīng)在工業(yè)發(fā)達國家興起。開發(fā)研究“綠色制造技術(shù)”，實行“綠色工程”是新世紀(jì)切削加工發(fā)展的課題。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和各行業(yè)產(chǎn)品性能要求的發(fā)展，各種高性能的新型材料得到了廣泛的應(yīng)用。想提高制造技術(shù)，解決加工難題，用來保證產(chǎn)品

2、的質(zhì)量，降低加工成本，提高制造效率儼然成了關(guān)鍵。在國內(nèi)外，闡述這方面加工的書籍，期刊比較有限，有很多做了關(guān)于綠色制造干切削技術(shù)的研究應(yīng)用。眾所周知，切削加工中，切削液的污染很嚴(yán)重，不管對于操作者健康還是對于周圍環(huán)境，都有著不利影響，這成為當(dāng)前治理的重點。但是，如果對于切削液產(chǎn)生的不利影響的治理大大增加了制造成本，這就使得新的干切削技術(shù)的應(yīng)運而生，并且也出現(xiàn)了微量潤滑切削，冷風(fēng)切削等準(zhǔn)干切削新工藝。干切削加工也是綠色制造實施的具體體現(xiàn)，目

3、前也在漸漸成為切削加工中的研究熱點。在制造業(yè)發(fā)展的過程中，市場競爭日益激烈，環(huán)境立法日益嚴(yán)格，干切削加工必定將在所有的切削加工方法中得到應(yīng)用。</p><p>　　第2章 綠色制造的產(chǎn)生及理論研究</p><p>　　制造業(yè)是人類社會的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，它的歷史可以追溯到遠古時代，那時的人們磨制石器，銅器，鐵器等等用來捕獵，以滿足自己的生活。制造業(yè)在給人類帶來物質(zhì)財富的同時，也給人類賴以生存

4、的環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染。而切削加工作為制造業(yè)的主要基礎(chǔ)加工工藝，也是產(chǎn)生污染的重要源頭之一。在這個人類制造技術(shù)不斷發(fā)展和環(huán)保意識不斷提高的21世紀(jì)，綠色無污染的高速切削加工技術(shù)和工藝成為人類社會追求的目標(biāo)。在這種背景下，減少或取消加工切削液和潤滑劑的使用已成為一種必然趨勢，于是干式切削加工技術(shù)應(yīng)運而生，以順應(yīng)時代發(fā)展的潮流。</p><p>　　2.1 綠色制造的背景</p><p>

5、　　通過制造，將人們身邊的可以有效利用的資源轉(zhuǎn)化成供人們?nèi)粘Ｉ顏硎褂煤屠玫墓I(yè)品和生活消費品，這樣一種產(chǎn)業(yè)就是制造業(yè)。制造業(yè)的發(fā)展，帶動了國家的經(jīng)濟，也相對的提高了人們的物質(zhì)文明。事物的發(fā)展是把雙刃劍，在帶動經(jīng)濟發(fā)展的同時，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。把原材料或者能源通過制造成產(chǎn)品，產(chǎn)品在使用和維護過程會排放各種廢棄物，然后對產(chǎn)品進行回收處理，在資源過度消耗的過程中，會造成生態(tài)環(huán)境的惡化。目前的經(jīng)濟增長方式，主要以自然資源的高投入，高消

6、費為主要特征，而制造業(yè)卻使環(huán)境污染不斷加劇。</p><p>　　對于現(xiàn)代工業(yè)社會帶來的嚴(yán)峻問題，人們得深刻反思傳統(tǒng)的資源觀，價值觀，環(huán)境觀和發(fā)展觀。人類社會若想不斷進步，就需不斷發(fā)展。但不能一味的追求經(jīng)濟發(fā)展，理性地探索新世紀(jì)的發(fā)展模式和發(fā)展措略，維護生態(tài)平衡，追求可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是值得重視的。</p><p>　　2.2 綠色制造的理論研究</p><p>

7、　　制造業(yè)是工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，切削加工是制造過程中重要部分。傳統(tǒng)的切削加工，切削液占有重要地位，是大多數(shù)加工過程中不可缺少的生產(chǎn)因素之一，但它的使用帶來了越來越多的問題。針對切削液帶來的污染，許多國家都做了相關(guān)的明文規(guī)定。譬如德國，涉及廢液，廢屑的處理的法律文件從上個世紀(jì)到現(xiàn)在是呈現(xiàn)遞加的趨勢的。我國的工業(yè)污染占全國的污染比例非常大，我們也在把這一任務(wù)當(dāng)做我們工作的重中之重。人們在消耗巨資來進行環(huán)境管理和污染控制，可是卻沒有達到預(yù)想的效果

8、，污染還在加重，一系列的問題還存在。所以，對于切削液的污染問題，應(yīng)該從源頭抓起，切斷污染源。于是干切削加工工藝應(yīng)運而生。</p><p>　　第3章 干切削技術(shù)的研究背景</p><p>　　在金屬切削加工時，干切削由于沒有產(chǎn)生一定壓力和流量的液體的作用，來使它不斷地得到冷卻，并且潤滑道具上的加工部位，導(dǎo)致金屬在切削加工的過程中工作的環(huán)境，加工條件發(fā)生了很大的變化。不管是干切削也好，

9、準(zhǔn)干切削也罷，他們涉及到刀具材料，機床的優(yōu)化設(shè)計，以及工藝技術(shù)等諸多因素，是一項比較系統(tǒng)的研究應(yīng)用工程，需要多方面的配合，而不是單一的某個元素的優(yōu)化的結(jié)果。所以，為了使干切削技術(shù)能夠得到更好的應(yīng)用，并且這種工藝的加工產(chǎn)品的質(zhì)量達到有切削液來冷卻的零件的質(zhì)量和效率，需要對干切削加工實施的條件以及干切削加工的理論基礎(chǔ)等進行研究和分析。</p><p>　　3.1 干切削加工的研究內(nèi)容</p><

10、;p>　　金屬的切削加工一般分為兩種，濕式切削和干式切削。目前用的最多的就是濕式切削法，就是用切削液來冷卻刀具或工件的方法。這種方法已經(jīng)沿用多年，在金屬加工過程中使用切削液主要有三個作用，冷卻，清洗和排屑作用以及潤滑。這些作用對工件的耐用程度和已加工表面的質(zhì)量有著很大的影響。隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展，切削工藝在加工過程中切削液的使用量越來越大，造成的負(fù)面影響也越來越顯著，對環(huán)境的副作用和相關(guān)的費用也越來越引起人們的注意，并致力于相關(guān)的

11、研究中。干切削加工工藝系統(tǒng)一般涉及到刀具，工件，機床以及切削環(huán)境等等，說到底，對于干切削的研究歸根究底是對干切削加工這一工藝系統(tǒng)的研究，然后在把握切削基本原則的情況下，使切削的各個過程更優(yōu)化，來保證干切削的各個過程得以實現(xiàn)。</p><p>　　3.1．1 干切削方法的研究</p><p>　　1.干切削方法在不同的機床上的工藝應(yīng)用研究</p><p>　　

12、傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式而言，干切削在生產(chǎn)方式上有了重大突破，是一種創(chuàng)新的綠色制造技術(shù)，它產(chǎn)生不久，出現(xiàn)的歷史相對短暫，但也在漸漸走在新世紀(jì)制造科技的前沿。同時，干切削又是一項系統(tǒng)技術(shù)，它的發(fā)展不可能一蹴而就。不同的機床有不同的加工特點，干切削在作用于不同類別機床時，需研究實施的方便性和可能性。在一些切削加工中，如車削，銑削，鉆削，齒輪加工，磨削中，干切削都有著不同的加工條件，特點，方法以及工藝措施。干銑削是斷續(xù)切削，干鉆削是封閉式的切削，干磨削

13、的切削速度比較高，切削熱上升速度快，對工件不利，容易燒傷工件。所以，干切削要想在各類機床上實現(xiàn)，必須考慮諸多因素。</p><p>　　2.干切削工藝方法的研究</p><p>　　如果不加任何輔助性的冷卻介質(zhì)的話，只是單純的依據(jù)刀具，機床，工件材料和工藝參數(shù)之間的合理優(yōu)化，而進行的切削是完全干切削。當(dāng)它對零件的制造精度要求不同時，對機床，刀具等等的指標(biāo)要求也不同，這樣才能實現(xiàn)真正意義上的

14、干切削。</p><p>　　在干切削加工中經(jīng)常提到一種液氮冷卻干切削，它是利用一種裝置從空氣中吸收氮氣，并用壓力將氮氣液化成液態(tài)氮，作用于切削區(qū)域，使之處于低溫冷卻狀態(tài)來進行切削加工。通常它分為兩種形式，一種是利用高溫使液氮受熱蒸發(fā)來作用于切削區(qū)，另一種則是利用液氮自身的瓶裝壓力來作用于切削區(qū)以達到冷卻的效果。在切削的過程中，為使刀片上的切削溫度不致過高，液氮不斷地在密閉室中流動，來吸收刀片上因切削所產(chǎn)生的熱量

15、，故能保持良好的切削性能，使切削得以順利實現(xiàn)。若不使用液氮來冷卻的話，后刀面的磨損值會很高，使切削無法在正常的情況下進行。</p><p>　　有風(fēng)亦即空氣作為冷卻系統(tǒng)的切削叫做風(fēng)冷干切削，風(fēng)冷卻系統(tǒng)一般由壓縮空氣源，空氣除濕器，絕熱管，空氣冷卻器，風(fēng)嘴，吸塵管，微量供油裝置和集塵器等組成。在該系統(tǒng)中，建立氣體壓力，流量，風(fēng)嘴的噴射角等工藝應(yīng)用參數(shù)的可調(diào)機制，隨工件材料，刀具材料，刀具結(jié)構(gòu)，刀具幾何參數(shù)等加工信息

16、進行有利于干切削的變化，才能使風(fēng)冷系統(tǒng)較好的實施對被加工對象實施干切削任務(wù)。</p><p>　　3.1．2 干切削條件的基礎(chǔ)研究 </p><p>　　怎樣方便，有效，快捷，綠色的實現(xiàn)干切削，機床，刀具，工藝參數(shù)成了干切削研究的基礎(chǔ)問題。</p><p><b>　　1.干切削刀具技術(shù)</b></p><p&g

17、t;　　刀具技術(shù)的范疇有刀具幾何參數(shù)，新型刀具材料，刀柄結(jié)構(gòu)等等。干切削加工中刀具材料必須具備以下條件:優(yōu)良的耐熱性和耐磨性，較低的摩擦系數(shù)，較高的強度和耐沖擊性能，具有合理的結(jié)構(gòu)和幾何角度。干切削會產(chǎn)生很大的切削熱，這就要求刀具材料能夠能夠耐高溫，，對于大前角的要求，高硬度也是必須的。在切削時，工件材料和刀具材料之間會發(fā)生擴散粘結(jié)現(xiàn)象，這就使得刀具材料和工件材料之間要搭配合理，以防止這種現(xiàn)象發(fā)生，并且積極地開發(fā)新的刀具材料。</

18、p><p>　　目前，適用于干切削加工的刀具材料有聚晶金剛石，陶瓷，細晶粒硬質(zhì)合金。聚晶金剛石適用于高速干切削各種有色金屬和耐磨的高性能非金屬材料，因為它具有很高的硬度和熱導(dǎo)率，但不能加工黑色金屬。陶瓷是一種價格相對來說比較便宜的干切削刀具材料，化學(xué)性能穩(wěn)定，摩擦系數(shù)低，硬度高，抗粘結(jié)系數(shù)高，但它的抗沖擊性能較差，故一般會加入一些增韌補強的材料以改進它的壓制工藝。</p><p>　　干切削通

19、過采用增大前角的方式，以減少切削與前到面的接觸面積。在加工一些韌性材料時，干切削工藝必須得通過工件材料和切削用量來設(shè)置斷屑槽，有利于斷屑和更好的排屑。開發(fā)干切削刀具，除了正確選擇刀具材料和優(yōu)化刀具幾何參數(shù)外，大力發(fā)展刀具涂層具有特別的意義。通過利用軟硬涂層來彌補由于放棄切削液而失去的某些功能，因為涂層的摩擦系數(shù)比較小，可以降低摩擦熱的產(chǎn)生。</p><p><b>　　2.干切削機床技術(shù)</b&g

20、t;</p><p>　　干切削不但對刀具的要求很高，也對機床的排屑，熱特性以及防塵提出了較高的要求，在設(shè)計機床時要對機床結(jié)構(gòu)，機床部件，機床零件以及零部件的選用等問題進行深入系統(tǒng)的研究。工件在加工過程中，會有很多切屑聚集，即使切屑在機床上堆積的時間比較短，還是會把熱量散發(fā)到機床上，影響加工精度，所以，應(yīng)及時把積屑排出。為了便于排屑，干切削機床應(yīng)該盡可能設(shè)計成立式主軸和傾斜式床身，工作臺上的傾斜式蓋板可用絕緣材料

21、制成，將加工過程中產(chǎn)生的大量積屑運送到螺旋排屑槽。鑒于溫度對于干切削工藝的影響，在加工區(qū)的某些關(guān)鍵部位設(shè)置溫度傳感器，來監(jiān)視機床溫度的變化情況，以便于更好的加工。在熱性能方面干切削機床的結(jié)構(gòu)是完全對稱的。</p><p>　　干切削會出現(xiàn)金屬懸浮顆粒，故機床要對關(guān)鍵部位進行密封，機床上最好添加吸塵裝置。因為沒有了切削液的清洗作用，在加工一些金屬，比如鑄鐵和輕金屬時，會產(chǎn)生大量的粉塵和細切屑，這些切屑會污染加工區(qū)，

22、所以在加工區(qū)需要采取密封和屏蔽設(shè)施，或者抽吸裝置，以便于有效地吸走粉塵和微量的潤滑油油霧。</p><p><b>　　3.干切削工藝技術(shù)</b></p><p>　　干切削工藝技術(shù)一般涉及三方面的研究內(nèi)容，工藝方法，切削用量，工藝環(huán)境等。工藝措施在必要時可以隨著工藝方法的改變而改變。例如，在對氮化硅工件進行硬態(tài)車削時，由于該材料具有極高的抗拉強度，使得任何道具都會很

23、快的產(chǎn)生破損。如果采用激光束先對切削區(qū)進行預(yù)熱，使得工件局部軟化，這種利用激光束輔助切削的方法可以使刀具的磨損程度降低，使切削的阻力減小，從而使干切削得以順利進行。</p><p>　　干切削意味著切削過程中不使用切削液，這在一定程度上大大的節(jié)約了成本和保護了環(huán)境，在制造業(yè)中，很多制造商漸漸地意識到了這種優(yōu)勢。就拿福特汽車廠來說吧，在2000年就開始將離合器殼體和變速器箱體的加工由濕加工逐漸的轉(zhuǎn)向干式切削。加工系

24、統(tǒng)采用EX-CELL-O公司的12臺XHC241高速加工中心，每天以三班制加工230個鋁合金薄壁箱體零件，目前集成到系統(tǒng)中的準(zhǔn)干切削機床和濕切削機床平行配置，通過工業(yè)機器人將兩種加工中心連接起來，以后所有的機床逐步轉(zhuǎn)向干切削。</p><p>　　3.2 干切削加工的理論論述</p><p>　　與傳統(tǒng)的濕切削工藝相比，干切削的加工工藝涉及的元素眾多，一次用一種理論來分析干切削的加

25、工機理是非常片面的。干切削理論基礎(chǔ)主要包括以下幾個方面：清潔生產(chǎn)理論，金屬切削層的軟化理論，低溫脆性，強化換熱效應(yīng)，其他冷卻切削機理研究。</p><p>　　第4章 切削液的功能和負(fù)面影響</p><p>　　干切削并不是簡單的減少或者停止使用切削液就可以實現(xiàn)的。你不得不分析在停用切削液以后，會造成什么樣的結(jié)果？問題一旦發(fā)生，我們又應(yīng)采取什么措施來消除這些不利影響？為此，首先應(yīng)對切

26、削液在機械加工中的作用和功能有一個全面、深入的認(rèn)識。 </p><p>　　4.1 切削液的作用及負(fù)面影響</p><p>　　在金屬切削加工中，刀具與工件，刀具與切屑的界面之間存在很大的摩擦，產(chǎn)生了切削熱，增大了切削力，同時也引起了工件的變形，降低了加工質(zhì)量，引起刀具的嚴(yán)重磨損。在金屬的切削加工中，切削液的使用會得到很高的重視。但是，隨著切削液的大量使用，其對環(huán)境的副作用和相關(guān)費

27、用也會越來越引起人們的廣泛關(guān)注。如何正確使用切削液或者減少切削液的使用，并且致力于干切削的研究，已成為金屬切削過程中亟待解決的問題。</p><p>　　4.1．1 在機械加工中，切削液的三大功能 </p><p>　　(1)潤滑功能——在金屬切削加工中，刀具，工件，切削之間的摩擦分為干摩擦，邊界潤滑摩擦，流體潤滑摩擦這三類。當(dāng)你在大氣中進行切削時，受空氣的氧化作用，使刀具，切屑的表面

28、形成一種氧化膜，這層氧化膜降低了摩擦系數(shù)。而切削液在切削過程中，有潤滑作用，它不僅可以減小前刀面與切屑，也可以減小后刀面與已加工表面之間的摩擦，滲透到界面上，形成部分潤滑膜，從而減小切削力、摩擦，降低刀具與工件接觸部位的表面溫度和刀具磨損，使工件材料的切削加工性能得到改善。如果在切削液中加入一些表面活化劑后，使它更容易吸附在金屬表面并且鋪展開來，從而更增加了切削液的潤滑性能。 在磨削過程中，加入磨削液后，磨削液滲入砂輪磨粒－工件及磨粒－

29、磨屑之間形成潤滑膜，使接觸面間的摩擦減小，防止磨粒切削刃磨損，減輕切削與刀具的粘結(jié)現(xiàn)象并且抑制積削瘤的產(chǎn)生，提高砂輪耐用度，并且改善工件加工表面質(zhì)量。</p><p>　　(2)冷卻功能——在金屬切削加工的過程中，消耗了大部分的功，而這功則轉(zhuǎn)化成了切削熱。熱量不僅容易損壞刀具，還影響了工件表面的加工質(zhì)量，這就需要切削液來把熱量帶走，從而有效地降低切削過程中的切削溫度，減少工件和刀具因熱產(chǎn)生的變形，保持刀具的硬度，

30、提高刀具的耐用度和加工精度。切削液的冷卻性能和其導(dǎo)熱系數(shù)，汽化熱，比熱，以及粘度有關(guān)系。水的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱高于油，因此水的冷卻性要優(yōu)于油。一般來說，水的冷卻效果最好，油類最差，乳化液則介于兩者之間。</p><p>　　(3)協(xié)助排屑以及斷屑——切削液作為沖洗劑，高壓大流量，能把細小的切屑沖離工件或刀具，將切屑迅速從機床中排出，有利于提高零件的加工精度和刀具的使用壽命。帶狀切屑實現(xiàn)斷屑，主要看刀具的結(jié)構(gòu)，高壓切削

31、液對斷屑和排屑也起一定的輔助作用。</p><p>　?。?）清洗作用——除冷卻，潤滑作用外，在金屬切削過程中，要求切削液有良好的清洗作用。以減少細小切屑以及粉末的粘結(jié)，并將切屑和粉末沖走，不致影響切削結(jié)果。對于油基切削油，粘度越低，清洗能力就越強，尤其是含有煤油，柴油等輕組分的切削油，滲透性和清洗性能就越好。水基切削液，由于其表面含有活化劑，其清洗效果較好，因為它能在表面上形成吸附潤滑膜，阻止粒子和油泥等粘附在

32、工件，刀具和砂輪上，同時由于它的滲透作用強，能夠滲入到粒子和油泥的粘附的界面上，把它從界面上分離，隨切削液帶走，保持切削液清潔。</p><p>　?。?）防銹作用——在金屬切削過程中，工件要與環(huán)境介質(zhì)及切削液組分分解或氧化變質(zhì)而產(chǎn)生的油泥等腐蝕性介質(zhì)接觸而腐蝕，與切削液接觸的機床部件表面也會因此而腐蝕。此外，在工件加工后或工序之間流轉(zhuǎn)過程中暫時存放時，也要求切削液有一定的防銹能力，防止環(huán)境介質(zhì)及殘存切削液中的油

33、泥等腐蝕性物質(zhì)對金屬產(chǎn)生侵蝕。特別是在我國南方地區(qū)潮濕多雨季節(jié)，更應(yīng)注意工序間防銹措施。</p><p>　?。?）其它作用——除了以上4種作用外，所使用的切削液應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性，在貯存和使用中不產(chǎn)生沉淀或分層、析油、析皂和老化等現(xiàn)象。對細菌和霉菌有一定抵抗能力，不易長霉及生物降解而導(dǎo)致發(fā)臭、變質(zhì)。不損壞涂漆零件，對人體無危害，無刺激性氣味。在使用過程中無煙、霧或少煙霧。便于回收，低污染，排放的廢液處理簡便，經(jīng)

34、處理后能達到國家規(guī)定的工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)等。</p><p>　　4.1．2、在機械加工中，切削液的三大負(fù)面影響</p><p>　　切削液在切削加工過程中起著舉足輕重的作用，在使成本增加的同時，對環(huán)境的污染，人體健康的危害不容忽視。它的副作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　（1）使制造成本增加了。據(jù)國外的一些研究資料表明，切削液以及切削液的供給，保養(yǎng)，

35、回收以及廢棄切削液的處理等所有的費用占總費用的13%-17%，而刀具耗費的費用僅占總費用的2%-4%。</p><p>　　(2)使環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。在金屬切削加工中切削液的使用是造成環(huán)境污染的重要根源。切削液的滲漏，飛濺，直接影響安全生產(chǎn)。如乳化液不僅含有油，還含有燒堿，乙醇，苯酚等有害物質(zhì)，如果這些物質(zhì)未經(jīng)過處理就直接排到外界，會造成很嚴(yán)重的環(huán)境污染。</p><p>　?。?）直接

36、危害操作人員的身體健康。切削液產(chǎn)生的油煙會對操作工的肺部和呼吸道有很大的危害，切削液本身也會引發(fā)人體各種皮膚病。目前在生產(chǎn)中廣泛使用的水基切削液含有對人體有害的化學(xué)成分。在切削(磨削)過程中，切削液受熱揮發(fā)形成煙霧狀，在車間常常到處彌漫著難聞的異味，會引起操作工人肺部和呼吸道的諸多疾病，而人手和切削液直接接觸，也會誘發(fā)多種皮膚病，直接影響工人健康。 </p><p>　　進行干切削時，由于缺少了切削液的潤滑、冷卻

37、和輔助排屑與斷屑等作用，因而切削熱會急劇增加，機床加工區(qū)溫度也明顯上升，刀具耐用度則大大降低。如果要使干切削得以順利進行，達到或超過濕加工時的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具耐用度，就必須從刀具、機床和工件等各方面采取一系列的改進措施，以保證干切削的效率，提高加工質(zhì)量。因此干切削技術(shù)是一項龐大的系統(tǒng)工程，其中最大的難點在于如何提高刀具在干切削中的性能，同時也對機床結(jié)構(gòu)、工件材料及工藝過程等提出了新的要求。 </p><p>

38、;　　4.2 切削液的使用和發(fā)展趨勢</p><p>　　4.2．1 切削液的選用及使用方法</p><p>　　工件，刀具材料，加工的方法不同，需求不同，因此對于切削液的選用也是不一樣的。比如說，在粗加工時，由于切削熱的大量產(chǎn)生，所以它的主要目的事降低切削時的溫度，所以應(yīng)該選用以冷卻為主的切削液。在加工硬質(zhì)合金時，一般不用切削液，可以連續(xù)的澆注，否則的話，處于高溫的硬質(zhì)合金遇

39、到切削液會由于巨大的內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生而導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)，刀片就沒有辦法正常工作導(dǎo)致失效。切削液的使用方法很多，常見的有澆注法，高壓冷卻法，噴霧冷卻法。</p><p>　　4.2．2 切削液的發(fā)展趨勢</p><p>　　在切削加工中，若使切削液的副作用降到最低程度，一方面加強對切削液的管理，使切削液得到合理有效地利用；另一方面，開發(fā)新型的切削液。它是一種無公害，低污染的綠色切削液。<

40、/p><p>　　近年來，我國的進口數(shù)控機床，加工中心等先進制造設(shè)備越來越多，這些先進的設(shè)備對切削液的要求也越來越高，所以，切削液基本依賴進口，但是進口的東西價格比較高，所以使得生產(chǎn)成本越來越高。我國水基切削液的應(yīng)用范圍越來越廣，并且開始從乳化液向高性能微乳化液過度，一些發(fā)達國家也在大力研究環(huán)保型乳化液。所以，高性能，長壽命，低污染切削液的開發(fā)及廢液處理技術(shù)的研究得到普遍重視。</p><p>

41、;　　切削液的用量適當(dāng)，切削液的使用壽命提高以及循環(huán)利用程度增強，無疑會取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。在開發(fā)傳統(tǒng)的切削液的替代品方面，研究的最多的是液氮冷卻，使用之后直接返回到大氣中，不會產(chǎn)生任何污染，從環(huán)保的角度來看，這是一種極有前途的切削液的替代品。</p><p>　　4.2．3 切削液的處理</p><p>　　切削液的凈化不僅是防止其劣化變質(zhì)的有效手段，而且也是對切削性能有影

42、響的重要管理項目。過去我們一直認(rèn)為只有在加工對精度要求很高的工件時，才對切削液有過高的要求，要經(jīng)過精細過濾。但近幾年的研究表明，若切削液中的雜質(zhì)過少，則刀具的使用壽命可以延長。所以若想改善工件的加工質(zhì)量，則應(yīng)該使用凈化過的切削液，也防止了切削液中微生物的生長。</p><p>　　將切削液在工作中帶入的一些雜質(zhì)，碎屑，砂輪粉末等等及時的清除，稱為切削液的凈化處理。凈化一般有兩種方法，過濾法和分離法。在實際的生產(chǎn)過

43、程中，往往將幾種方法進行綜合使用。</p><p>　　第5章 干切削刀具材料研究</p><p>　　刀具材料的迅速發(fā)展是干切削得以實施的工藝基礎(chǔ)。保證干式切削的順利實施，必須考慮熱量的產(chǎn)生。干切削較普通切削相比，它的切削力，切削熱明顯增大。刀具材料能否承受干切削時巨大的熱能，是實現(xiàn)干切削的關(guān)鍵。這就對刀具材料有很高的要求。隨著制造業(yè)的發(fā)展，陶瓷刀具，金剛石刀具，立方氮化硼等

44、超硬材料刀具不斷地涌現(xiàn)出來，把金屬干切削帶上了一個新的臺階，切削速度也大幅提高，使一些難加工或者不能加工的脆性材料的加工成為可能。</p><p>　　5.1、采用新型的刀具材料 </p><p>　　刀具材料的發(fā)展史，實際上就是不斷提高刀具材料耐熱性能的過程。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金具有很好的耐磨性和耐

45、高溫性，又具有極好的韌性和刃口強度，但硬質(zhì)合金并不適用于所有的加工場合，它可用于制造大前角刀具如鉆頭，深孔鉆，刀片等，用于干式銑削和鉆削等。聚晶金剛石則適用于切削一些不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。 正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也在高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等方面得到了很好的很廣泛的應(yīng)用。</

46、p><p>　　由于干切削不同于以往的傳統(tǒng)切削，它對刀具材料提出了很高的要求?，F(xiàn)在要實現(xiàn)干式切削技術(shù)擺在我們面前的的最大難題是所謂的刀具，尤其是在切削加工過程中自外界的壓力對其的傷害很大，在這樣的情況下，刀具將迅速被破壞，因此刀具應(yīng)滿足一些要求，并在此基礎(chǔ)上具備更高的熱韌性，好的耐沖擊性、抗高的耐磨性。。</p><p>　　圖1已經(jīng)表示出硬度與溫度的關(guān)系。，陶瓷刀具金屬陶瓷等硬度也會降低，即

47、有很好的紅硬性?？墒潜娝苤@類材料不是一般的較脆問題，根本就不適用于進行所謂的斷續(xù)切削。然而立方氮化硼(CBN)和、聚晶金剛石(PCD)、超細晶粒硬質(zhì)合金等超硬刀具材料則廣泛用于干切削。</p><p>　?。?）超細晶粒硬質(zhì)合金——超一般適用于大前角的場合，可用于用深孔鉆。在各種所謂的硬質(zhì)合金刀具材料中，我們經(jīng)常添加很少量很少量的稀土元素，這些均大幅度的提高硬質(zhì)合金他們的斷裂韌性和所謂的抗彎強度。與此同時硬質(zhì)

48、合金的耐磨性以及所謂的硬度也會有大幅度的本質(zhì)性改善。故刀具磨損在正常的使用壽命上會得以客觀的增加，抗沖擊性能也會從本質(zhì)上得到改觀。</p><p>　?。?）聚晶立方氮化硼——是一種眾所周知的具有客觀的切削加功能的物體，也是一種在刀具應(yīng)用方面比較廣泛的很好的材料。它可通過直接燒結(jié)成型，亦可通過添加粘結(jié)劑成型。眾所周知添加的粘結(jié)劑的比例不同其性能也會由天壤之別；添加的比例越高，其硬度也會越低。它具有高硬度，高耐磨性

49、。當(dāng)它加工高硬度材料時，耐磨性比硬質(zhì)合金和陶瓷都要高。具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，良好的導(dǎo)熱性，當(dāng)溫度升高時，聚晶立方氮化硼刀具的熱導(dǎo)率會增大，使刀尖上的熱量很快傳出，有利于加工精度的提高。</p><p>　?。?）聚晶金剛石——聚晶金剛石是在碳化鎢基材上燒結(jié)而成的一種刀坯材料。硬度非常非常高，耐磨性極好，熱導(dǎo)率一般，線膨脹系數(shù)較小，PCD刀具切削時能迅速將切削熱從刀尖傳遞到刀體內(nèi)部，從而能夠減小加工誤差，能夠有效的避

50、免在切削時刀具會發(fā)出大量得生熱損傷刀具。</p><p>　　5.2、采用涂層技術(shù) </p><p>　　5.2.1 常用涂層及其性能</p><p>　　一般來說對刀具進表面處理，能夠有效地提高刀具的性能，這也是目前一種較為重要途徑。涂層刀具一般分為兩類：1、“硬”涂層刀具等徐層刀具。這類刀具具有較高的表面硬度高，而且由良好的耐磨性。磨損能力。2、“軟”涂層刀

51、具，涂層材料在所謂的增加刀具表面的潤滑性能之外，最重要的一點是因為這種潤滑性能在我們加工切削時能夠有效的降低切削摩擦，杜絕產(chǎn)生積屑瘤。</p><p>　　5.2.2 超硬材料涂層</p><p>　　金剛石涂層，類金剛石涂層，氮化碳涂層都屬于超硬材料圖層的范疇。</p><p>　　由于金剛石在高溫下有好的化學(xué)性能，所以容易與刀具材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，金剛石刀具材

52、料不適合加工鐵合金。當(dāng)用金剛石刀具加工工程復(fù)合材料，石墨，陶瓷等制品時，它的耐磨性與聚晶人造金剛石大致相同，刀具的壽命是普通硬質(zhì)合金刀具的50-100倍。金剛石刀具是在嚴(yán)格的壓力和溫度控制下制成的，雜質(zhì)比較少，化學(xué)穩(wěn)定性好，價格又比同類的刀具低。</p><p>　　類金剛石涂層的電學(xué)，光學(xué)，機械學(xué)和化學(xué)特性在很大程度上由類金剛石結(jié)合劑來決定的。通常這類涂層是不導(dǎo)電的，有一些優(yōu)良的力學(xué)性能。在類金剛石涂層中，加入

53、一些原子，可以使它結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，可以加工一些鋼和鐵材料，刀具壽命也增長了。</p><p>　　氮化碳涂層是20世紀(jì)90年代才出現(xiàn)的一種新型超硬材料。它具有優(yōu)異的性能，超硬性，熱穩(wěn)定性，以及與鐵元素的低親和性。</p><p>　　5.2．3 軟硬組合涂層</p><p>　　軟硬組織涂層即發(fā)揮軟涂層的優(yōu)點，也發(fā)揮了硬涂層的優(yōu)點，兩種優(yōu)點的結(jié)合，提高了刀具的切削性

54、能。例如瑞士開發(fā)的“MOVIC”涂層絲錐，刀具表面上涂覆有一層MoS2。切削實驗表明，沒有被涂層所絲錐只能用于加工加20螺孔；用，而MoS2涂層的絲錐則便可以加工4000個螺孔。高速鋼和硬質(zhì)合金經(jīng)過PVD涂層處理后，可以用于干切削。對于那些原先只適用于所謂的鑄鐵干切削技術(shù)的刀具，在經(jīng)過一系列涂層處理后也照樣可用來加工鋼、鋁合金。</p><p>　　5.2.4 刀具涂層對表面加工質(zhì)量的影響</p>

55、<p>　　在加工過程中，會產(chǎn)生大量的切削熱，切削溫度進而提升，刀具要承受的切削溫度增加，對刀具磨損嚴(yán)重。選擇合適的涂層，可使刀具能夠承受較高的切削溫度，減少刀具的磨損，進而提高刀具的使用壽命，加上刀具本身具有優(yōu)良的性能，完全可以進行干切削加工。但值得注意的是，不管你使用何種加工模式，加工出來的零件都必須能滿足使用要求。</p><p>　　刀具涂層對工件表面的加工質(zhì)量有著直接的影響，它受涂層晶粒大

56、小的制約。目前，采用CVD技術(shù)，并且選用適當(dāng)?shù)耐扛矃?shù)，可得到表面粗糙度值很小的新型金剛石涂層。對于一些含有多種元素的涂層，由于元素的含量是不一樣的，因而其加工的表面粗糙度值也是不一樣的。</p><p>　　5.3、國內(nèi)外對刀具材料的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，在國內(nèi)外高速干切削已經(jīng)進入研究狀態(tài)并且已經(jīng)取得了很大的成就，這些成就已經(jīng)應(yīng)用于實踐和生產(chǎn)中。</p>&l

57、t;p>　　日本方面對這一塊也有著相當(dāng)大的研究。如：高速度對淬硬鋼進行干式切削加工的刀具材料——住硼磨料（立方氮化硼磨料工具商品名）BNX10、BNX25。住硼磨料BNX10適用于淬硬鋼的高速連續(xù)干切削。住硼磨料BNX25，通過優(yōu)化CBN磨粒及含有率，以及采用特殊陶瓷材料作為結(jié)合項，提高了耐缺損性和耐月牙洼磨耗性，適用于淬硬鋼的高速斷續(xù)切削加工。</p><p>　　第6章 干切削刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)

58、計 </p><p>　　刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計必須滿足干切削對斷屑和排屑的要求。斷屑槽在韌性材料加工中對斷屑起著很關(guān)鍵的作用。目前在車刀三維曲面斷屑槽方面的設(shè)計制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可針對不同的工件材料和切削用量，很快設(shè)計出相應(yīng)的斷屑槽結(jié)構(gòu)與尺寸，并能大大提高切屑折斷能力和對切屑流動方向的控制能力。 </p><p>　　6.1、選擇大前角γ0 ，增大后角а0</p>&

59、lt;p>　　選擇大前角γ0 ，增大后角а0.可以是刀具鋒利，減少刀具與加工便面的摩擦，減少切削力從而減少切削熱，降低切削溫度；減少刀具磨損。</p><p>　　6.2、減小主偏角Кf，增大負(fù)刃傾角λs</p><p>　　減小主偏角Кf可以使切削刃單位長度上的負(fù)荷減小；增大負(fù)刃傾角λs可以使參加切削的切削刃長度增加，刀具和切屑之間接觸面積減少，這些都可以改善散熱，降低切削溫度，提

60、高刀具耐用度。</p><p>　　6.3、改良刃具刃口</p><p>　　在干切削加工時，細顆粒優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金刀具和金剛石刀具的切削刃口可做輕微的鈍化，以其自身基體的強度來保持刃口的鋒利，達到降低切削溫度的目的。此外，盡管增大前角和后角有利于保持刀具的鋒利，但會降低刀具的強度，為此，常采用T形刃帶，加強棱刀具。這不但可保持刀具的高性能，而且還可以保證刀具有最佳的使用壽命。</p&g

61、t;<p>　　6.4、控制積屑瘤生長</p><p>　　考慮到刀具表面的最大潤滑性，防止積屑瘤的產(chǎn)生。選擇合適的切削速度是控制積屑瘤生長的最有效措施。圖2為切削某種材料時切削速度和積屑瘤的關(guān)系。其次，增大前角，減少進給量，也可抑制積屑瘤的生長。</p><p>　　圖2 切削速度與積屑瘤的關(guān)系</p><p>　　6.5、減少刀具與工件表面之間的

62、接觸面積</p><p>　　減少刀具與工件表面之間的接觸面積，這可使傳入工件和刀具的熱量減少，從而減少工件和刀具的熱量變形，如鉆頭應(yīng)減少倒錐和螺旋角，加寬容屑槽空間也有利于切屑排除；此外，增加前刀面上的斷屑臺數(shù)量，或者是切屑在前刀面上的變形量超大，可以提高切屑能力。</p><p>　　第7章 干切削的機床優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　干切削技術(shù)帶動了機

63、床行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了干切削機床。干切削機床是從濕切削機床發(fā)展而來的，它擯棄了濕切削機床環(huán)境污染的特點，必然導(dǎo)致了其整體結(jié)構(gòu)和布局的變化。所以，在干切削機床的優(yōu)化設(shè)計中，對機床結(jié)構(gòu)，排屑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)等有了更高的要求。切削液在機床中的主要作用，主要有冷卻，潤滑，排屑。由于沒有切削液，它會產(chǎn)生很多不利影響。干切削機床的研制目前成為機床行業(yè)的一個新熱點，也在未來的市場競爭中占有主導(dǎo)地位。</p><p>　　7.1

64、 干切削機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　干切削對機床結(jié)構(gòu)有特殊的要求。為了減少不利影響的產(chǎn)生，干切削機床必須具有良好的散熱，排屑，吸塵裝置和具有良好三剛性的基礎(chǔ)部件。為了更方便排屑，干切削機床的床身設(shè)計的很特殊，也是為了滿足快速排屑的要求。工作臺四周采用傾斜式蓋板，有助于熱切屑墜入螺旋排屑槽中，這種用絕熱材料制成的傾斜蓋板，防止切削熱量傳給機床部件，而且排屑槽輸出速度要快。然而，需要注意的是，堆積在

65、機床工作臺和其他支撐部件上的熱切屑會造成機床的熱變形，所以需要一個吹氣系統(tǒng)直接作用在工作臺還有夾具上，加速切削墜入排屑槽中。由于干切削會在加工區(qū)產(chǎn)生非常高的熱量，會影響切削的成型。過熱的高溫會導(dǎo)致形成帶狀和纏結(jié)狀的切屑，影響加工精度和降低工件表面質(zhì)量。所以還有必要在加工區(qū)設(shè)置溫度傳感器，用以監(jiān)控機床溫度場的變化情況。為了防止粉塵集聚，在加工區(qū)應(yīng)具有抽風(fēng)裝置，可防止工作臺和其它支承部件上熱切屑的堆積，用以提高機床工藝系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。干切削

66、機床必須有足夠的剛性和大的功率，以滿足高速切削的要求。將加工產(chǎn)生的粉塵抽出到機床外部的過濾裝置，避免污染環(huán)境。機床的基礎(chǔ)件（即立柱、床身、工作臺）的靜剛度、動剛度和熱剛度要大。如床身可采用人造花崗巖</p><p>　　7.1.1 干切削機床支承件的設(shè)計</p><p>　　機床床身是保證機床穩(wěn)定的基礎(chǔ)大件，支承件作為機床的基礎(chǔ)大件，高強度，剛度，較好的抗振性和熱穩(wěn)定性是機床所必須具備

67、的。為了干切削工藝的順利進行，排屑，熱穩(wěn)定性應(yīng)該引起高度的重視。設(shè)計時應(yīng)該注意一下問題：</p><p>　　改善隔熱條件，例如，對于鑄鐵床身，采用一層保護罩來防止切屑與機床的的碰觸，排屑槽最好選用絕熱材料制成。</p><p>　　保證順暢排屑。例如，使工件主軸立式布局，立柱的高度減少了，這樣既防止了機床支承件的熱變形，又有利于排屑。</p><p>　　采用專門

68、設(shè)計的抗彎曲扭矩管狀鑄造床身，并在其中填滿疏松的聚合材料。這使得床身有較好的吸震能力以及較強的剛性。</p><p>　　減少機床的材料的使用量。這樣能夠充分的利用空間，也減少了功率消耗。</p><p>　　7.1.2 主軸組件和傳動機構(gòu)及導(dǎo)軌的設(shè)計 </p><p>　　在機床運行過程中，主軸組件夾持著刀具和工件直接參加成形運動，其性能對生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的影

69、響至關(guān)重要。干切削機床不僅對主軸的剛度有要求，還要求其具有抗振性，耐磨性，以及熱穩(wěn)定性。干切削機床主軸組件的結(jié)構(gòu)需要具備以下特點：</p><p>　　干切削機床的主軸單元。這種機床的主軸轉(zhuǎn)速比普通的機床要高，多采用高速主軸單元。所以，要求主軸的轉(zhuǎn)速和同軸度很高。再根據(jù)用戶的要求設(shè)計電主軸時，通常把同一尺寸規(guī)格的高速機床分為“高剛度型”和“高速型”來進行設(shè)計。前者主要用于模具制造以及高溫合金，高強度鋼等難加工的工

70、件材料及鋼材的加工，后者用于航空航天實業(yè)加工復(fù)合材料，鑄鐵材料等等。 </p><p>　　主軸軸承要具有很高的強度和巨大的承載能力，而且還具有較強的使用壽命。到目前為止，有四種軸承可以選作高速主軸軸承，即液體動靜壓軸承，磁懸浮軸承，空氣靜壓軸承，滾珠軸承等。</p><p>　　在對干切削機床進行設(shè)計時，也要確保機床具有高的工作穩(wěn)定性能和高傳動精度。</p><p&

71、gt;　　7.1.3 排屑機構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　干切削機床排屑系統(tǒng)的設(shè)計也是經(jīng)過專門安排的, 總的原則是盡可能依靠重力排屑。如德國Hueller公司制造的Specht500t型加工中心, 就是專門為干式加工來進行設(shè)計的。該機床上裝有一根裝置，它是一種可圍繞水平軸轉(zhuǎn)動的工件更換器, 利用這種工件更換器, 工件在裝料一側(cè)處于正常位置, 而在工作間里則是自上而下懸掛著的。這樣, 切屑從上面自然而然落下,

72、同時由切屑傳送機通過吸引作用將切削帶走。為了防止灰塵的介入，產(chǎn)生灰塵的加工區(qū)應(yīng)和機床的主軸部件及液壓、電氣系統(tǒng)嚴(yán)加隔離。此外還可以通過對這些部件施加微壓， 來隔離塵區(qū)。</p><p>　　7.2 干切削機床的研發(fā)</p><p>　　從可持續(xù)綠色發(fā)展來看，干切削機床是機床發(fā)展的主要趨勢之一。美國，</p><p>　　日本，歐洲的一些國家，他們的機床制造企

73、業(yè)對干切削機床進行了深入的研究。</p><p>　　例如，日本的三菱重工開發(fā)出了第一臺采用全干切削技術(shù)的CNC滾齒機床，該機</p><p>　　床采用的是硬質(zhì)合金刀具或高速鋼涂層刀具。豐田公司研發(fā)的是無立柱小型串聯(lián)</p><p>　　式加工中心TH21P型，由刀尖供給少量的切削油，切屑處理采用間歇式空氣吸引</p><p><b&

74、gt;　　系統(tǒng)等。</b></p><p>　　第8章 干切削的工藝技術(shù)</p><p>　　工件材料在很大程度上決定了實施干切削的可能性。為了減少高溫下刀具和工件之間材料的擴散和粘結(jié)，應(yīng)特別注意刀具材料與工件之間的合理搭配。例如，金剛石(碳元素C)與鐵元素有很強的化學(xué)親合力，故金剛石刀具雖然很硬，但不宜于用來加工鋼鐵工件；鈦合金和某些高溫合金中有鈦元素，因此也不能用

75、含鈦的涂層刀具進行干切削。又如PCBN刀具能夠?qū)Υ阌蹭?、冷硬鑄鐵和經(jīng)過表面熱噴涂的硬質(zhì)工件材料進行干切削，而在加工中、低硬度的工件時，其刀具壽命還不及普通硬質(zhì)合金的壽命高。</p><p>　　8.1、硬車加工工藝</p><p>　　硬車(以車代磨)是用車削的工藝方法作為淬硬鋼的最終加工或精加工。通常，車削只是淬火前進行的粗加工。直到20世紀(jì)90年代前，淬火后的精加工還只能采用磨削工藝，

76、而車削也只能加工硬度不大于 HRC55的工件。隨著高硬度切削材料和相關(guān)機床的發(fā)展，如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在新型車床或車削加工中心上對淬硬鋼進行車削，其加工質(zhì)量可以達到精磨的水平。大多數(shù)硬車的應(yīng)用是替代磨削，目前，車削的硬度極限可達到HRC68，在發(fā)達國家硬車技術(shù)已被普遍應(yīng)用，可加工各種零件，是代替磨削的經(jīng)濟性加工工藝。</p><p>　　硬車加工時，由于材料硬度大，切削力和切削溫度高，影

77、響刀具使用壽命。這就要求作為硬車削的刀具耐熱性和耐磨性要好;同時機床系統(tǒng)必須有足夠的系統(tǒng)剛性和精度。</p><p>　　6.11. 刀具材料</p><p>　　涂層硬質(zhì)合金刀具是在硬質(zhì)合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等，涂層的厚度為2～18mm。涂層的作用能夠降低摩擦，減少切削熱的生成;熱傳導(dǎo)系數(shù)低，能減弱對刀具的熱作用。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)

78、合金刀具相比，無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高，例如：加工硬度在HRC45～55的工件時，涂層硬質(zhì)合金刀具可高速車削。</p><p>　　陶瓷刀具具有高硬度、高強度、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)低且價格低廉等特點，切削速度可比硬質(zhì)合金提高2～5倍，特別適合高硬度材料的加工、精加工以及高速加工，可加工硬度HRC60以下的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷等。<

79、/p><p>　　立方氮化硼(CBN)的硬度和耐磨性僅次于金剛石，具有極好的高溫硬度。與陶瓷刀具相比，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差，但沖擊強度和抗破碎性能較好，現(xiàn)普遍用于淬硬鋼(HRC50以上)、珠光體灰鑄鐵及冷硬鑄鐵等的加工中。與硬質(zhì)合金刀具相比，其切削速度可提高一個數(shù)量級。聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉與少量粘結(jié)相(Co、Ni或TiC、TiN、Al2O3)在高溫高壓下燒結(jié)而成，具有硬度高、耐磨性好、抗壓強度

80、高及耐沖擊韌性好，適用HRC60以上淬硬鋼的切削加工和高精度的加工。</p><p>　　通常，CBN適合加工硬度大于HRC55的淬硬鋼工件，PCBN刀具適合工件硬度高于HRC60的加工，對于硬度小于HRC50的淬硬鋼工件選用陶瓷刀具更為合適。陶瓷刀具材料的成本低于CBN，我國陶瓷刀具技術(shù)已較完善，刀片性能也較可靠。新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金刀具材料的抗彎強度和沖擊韌性比CBN和陶瓷材料要高，價格又低，可用于加工

81、硬度為HRC40～50的淬硬鋼工件。</p><p>　　6.12. 切削用量與切削條件</p><p>　　切削用量選擇是否合理，對硬車削影響很大，工件材料硬度越高，其切削速度應(yīng)越小。硬車削精加工合適的切削速度為50～200m/min，常用范圍為100～150m/min。當(dāng)采用大切深或斷續(xù)切削時，切速應(yīng)保持在50～100m/min，通常切深為0.1～0.3mm;當(dāng)加工表面粗糙度要求高時，

82、可選小的切削深度，進給量通常選擇0.025～0.25mm/r，具體根據(jù)表面粗糙度數(shù)值和生產(chǎn)率要求而定。由于PCBN和陶瓷刀具材料的耐熱性和耐磨性好，可選用較高的切削速度和較大的切削深度以及較小的進給量。而切削用量對硬質(zhì)合金刀具磨損的影響比PCBN刀具要大些，故用硬質(zhì)合金刀具就不宜選用較高的切削速度和切削深度。</p><p>　　6.13. 硬車削機床</p><p>　　車削淬硬鋼與車削

83、非淬硬鋼相比，切削力將增加50%以上，切削所需功率增加2倍左右，所以硬車削對機床提出了更高要求，如系統(tǒng)剛性、功率等。為了使表面質(zhì)量與磨削的質(zhì)量相媲美，主軸的徑向和軸向振動必須保持在2mm以內(nèi)，還應(yīng)具備數(shù)字線性測量系統(tǒng)和良好的溫度補償性能(m級補償)，必須避免爬行。機床本身的主軸系統(tǒng)除了要保證高強度以外，還應(yīng)有高轉(zhuǎn)速，充分發(fā)揮PCBN或陶瓷刀具的性能優(yōu)勢，這樣才能保證連續(xù)生產(chǎn)的加工精度和高效率的要求。</p><p&g

84、t;　　6.14硬車削的經(jīng)濟性</p><p>　　汽車制造業(yè)的大多數(shù)零件是在熱處理后進行最終精度或形狀的加工，硬車削正作為替代磨削的一種經(jīng)濟性方法在普及。目前，國外越來越多的企業(yè)已認(rèn)識硬車削的優(yōu)點，而國內(nèi)還是以磨削的方法為主，主要是由于刀具(如PCBN)的成本問題，使很多企業(yè)仍把它看作為一種昂貴的工藝。</p><p><b>　　1. 加工效率高</b></

85、p><p>　　硬車削所用刀具(PCBN)的成本比傳統(tǒng)車刀一般高10～20倍，但與磨削相比，硬車削比磨削具有更高的加工效率。硬車削往往采用大切削深度、高的工件轉(zhuǎn)速，其金屬切除率通常是磨削加工的3～4倍;其所消耗的能量也只有磨削的1/5，每個零件的刀具成本低于磨削。另外更換砂輪一般需要30min或更長時間，硬車削換刀能在兩分鐘之內(nèi)完成，并且不需要修正砂輪切削輪廓，沒有更換、修正砂輪必需的生產(chǎn)時間的損失，機床的利用率要高

86、。</p><p>　　2. 設(shè)備投資少，維護費用低，適合柔性生產(chǎn)要求</p><p>　　在生產(chǎn)率相同時，車床的投資只是磨床的1/3～1/10，其輔助系統(tǒng)費用也較低。車床本身就是一種加工范圍廣的柔性加工方法，對于多品種小批量生產(chǎn)而言，采用現(xiàn)代CNC車床，利用配備的多種刀具轉(zhuǎn)盤或刀庫，硬車削無需要其他特殊裝備，很容易實現(xiàn)多種不同工件之間的加工轉(zhuǎn)換，并且工件裝夾快速。另外與磨削相比，硬車削能

87、更好地適應(yīng)柔性化批量生產(chǎn)要求，采用車削加工時一次裝夾可完成多種表面加工(如車外圓、車內(nèi)孔、車槽及端面等)，因此其輔助時間短，加工表面之間的相對位置精度高。相比之下，磨削則需要多次安裝或多工序生產(chǎn)。</p><p>　　3. 硬車削可使零件獲得良好的表面加工質(zhì)量</p><p>　　雖然磨削在相對較高的進給率下能夠得到良好的表面光潔度，但用PCBN刀片硬車削能以明顯更高的金屬切除率獲得同等或

88、更好的表面光潔度。硬車削中生產(chǎn)的大部分熱量被切屑帶走，不會產(chǎn)生像磨削加工的表面燒傷和裂紋，具有優(yōu)良的加工表面質(zhì)量，有精確的加工圓度，能保證加工表面精度。</p><p>　　4. 硬車削是潔凈加工工藝</p><p>　　硬車削是通過從工件上“剝”軟化的切屑來有效地去除金屬。在大多數(shù)情況下，硬車削無須冷卻液，而使用冷卻液會給刀具壽命和表面質(zhì)量帶來不利影響。因硬車削是通過使剪切部分的材料退火

89、變軟而形成切削的，若冷卻率過高，則會減小由切削力而產(chǎn)生的這種效果，從而加大機械磨損，縮短刀具壽命。這有助于消除使用冷卻液引起的破壞環(huán)境的問題，降低廢液的處理成本。同時，硬車削可省去與冷卻液有關(guān)的裝置，降低生產(chǎn)成本，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，形成的切屑干凈清潔，比磨削容易回收處理。</p><p>　　6.15硬車削的發(fā)展</p><p>　　在德國等發(fā)達國家的汽車工業(yè)中，多種軸類、套類零件大多采用硬車

90、工藝，收到良好效果。因該項技術(shù)要求機床、刀具、工裝及工藝應(yīng)有最佳組合，且對硬車效果的宣傳推廣不夠等原因，我國硬態(tài)車削工藝的應(yīng)用還不夠廣泛。目前，只有少數(shù)企業(yè)在CNC車床上對淬硬軸承環(huán)、齒輪內(nèi)孔與端面以及量刃具等零件進行加工，并也達到了磨削效果，提高了加工效率。</p><p>　　現(xiàn)在大多數(shù)硬車削應(yīng)用還都將重心放在用來替代磨削，隨著技術(shù)的進步，將硬車削和磨削結(jié)合在一臺機床中，如STUDER的車磨復(fù)合機床，將會越來

91、越多。未來，硬車削以其鮮明的經(jīng)濟性必將成為制造領(lǐng)域中重要的發(fā)展方向之一，而“車磨復(fù)合”也將是制造領(lǐng)域中重要的發(fā)展方向之一。</p><p>　　8.2、液氮冷卻加工工藝</p><p>　　利用液氮進行低溫或者超低溫切削加工，就是利用液氮使工件，刀具或者切削區(qū)域處于低溫冷卻狀態(tài)，來進行切削加工的方法。氮氣占大氣中的比例很高，是大氣中含量最多的成分，液氮作為制氧工業(yè)的副產(chǎn)品，來源也十分廣闊。

92、使用液氮作為切削液，不但用過以后可以直接揮發(fā)到大氣中去，沒有任何污染成分，從環(huán)保方面來看，它也是一種比較有前途的切削液替代品。</p><p>　　液氮冷卻有直接和間接兩種應(yīng)用方法。</p><p>　　直接應(yīng)用。 即將液氮作為切削液直接噴射到切削區(qū)。一般來說，由于刀具磨損嚴(yán)重，金剛石刀具不能用來加工黑色金屬。而美國一學(xué)者采用液氮冷卻系統(tǒng)對不銹鋼用金剛石刀具進行車削加工，由于低溫抑制了碳原

93、子的擴散和石墨化，大大減少了刀具磨損，并取得了極好的加工質(zhì)量，其表面粗糙度達到Ra25μm。磨削加工時會因磨削區(qū)高溫常常對工件表面造成熱損傷，如燒傷、微裂紋等，為有效解決這些問題，印度工學(xué)院S.Paul用液氮超低溫冷卻磨削五種常用鋼材，結(jié)果表明：正確合理地使用液氮冷卻，可有效控制磨削區(qū)溫度，使磨削溫度保持在材料發(fā)生相變溫度之下而不發(fā)生磨削燒傷;并且在材料塑性增大和較大進給量情況下，這種效果更加顯著。對于非金屬材料和復(fù)合材料的液氮冷卻切削

94、加工,國外也開展了廣泛研究。如FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)是一種高強度/重量比、耐疲勞的復(fù)合材料，用傳統(tǒng)切削方法加工非常困難，因而限制了這種材料的使用。新西蘭學(xué)者對其進行超低溫冷卻加工，使用液氮不間斷冷卻(0.4-0.5 L/min)，極大地改善了這種材料的切削加工性，不但獲得了滿意的加工表面質(zhì)量，還在很大程度上延長了刀具壽命。</p><p>　　間接利用。 主要是刀具

95、冷卻法，即在加工中不斷地冷卻刀具，使切削熱快速從刀具上、特別是刀尖處被帶走，刀尖始終保持在低溫狀態(tài)下工作。美國林肯大學(xué)的學(xué)者利用一種配備新型冷卻系統(tǒng)的PCBN刀具進行了試驗研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內(nèi)儲存液氮，由進口輸人，從出口流出。試驗表明，使用液氮冷卻時，車刀壽命延長to倍，磨損降低1/4，并可獲得較低的表面粗糙度。</p><p>　　還有一種特殊的間接利用方法為噴氣冷卻。日本一些學(xué)者研制出噴氣冷卻系

96、統(tǒng)。該系統(tǒng)使用的冷卻氣體是由液氮在熱交換器中冷卻過的，其溫度低于—50℃冷卻氣體直接噴射于磨削點。實驗發(fā)現(xiàn)，磨削后工件材料的殘余壓應(yīng)力比使用磨削液磨削時要大，殘余壓應(yīng)力的分布區(qū)域也變寬了。 </p><p>　　而殘余壓應(yīng)力可提高零件的抗疲勞壽命，這對一些零件，如飛機零件等十分重要。采用固體潤滑劑處理過的CBN砂輪，或加工中添加極少量(101向的超精植物油，可在加工中起到較好的潤滑作用。</p>&

97、lt;p>　　8.3 國內(nèi)外干切削加工工藝的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，國內(nèi)外對干切削工藝技術(shù)進行了廣泛而深入的研究，并取得了一定成果，這些成果已部分應(yīng)用與實踐中。</p><p>　　在高速干切削方面, 美國Makino 公司提出/ 紅月牙0(RedCrescent) 干切工藝。其機理是由于切削速度很高, 產(chǎn)生的熱量聚集于刀具前部, 使切削區(qū)附近工件材料達到紅熱狀態(tài)

98、, 導(dǎo)致屈服強度明顯下降,從而提高材料去除率。實現(xiàn)/ 紅月牙干切工藝的關(guān)鍵在刀具, 目前主要采用PCBN 和陶瓷等刀具來實現(xiàn)這種工藝。</p><p>　　日本Syun-ichi.Yamagata研究開發(fā)了剛才的干事擠壓絲錐，與普通的的濕式擠壓絲錐相比，可顯著提高絲錐壽命。如普通擠壓絲錐加工冷卻扎鋼板上M4×0.7的通孔螺紋，加工約7，000個孔時，絲錐切小部分便產(chǎn)生磨損與粘結(jié)，使切削無法繼續(xù)進行；而采

99、用干式擠壓絲錐加工50,000個以上的孔也不會產(chǎn)生粘結(jié)和顯著的磨損，絲錐還可以繼續(xù)使用。結(jié)果表明，干式擠壓絲錐與普通擠壓絲錐相比，刀具壽命可提高幾倍或十倍。 德國Guhringg公司對發(fā)動機中的鋁制零件進行了高速干鉆削加工研究，取得了顯著的經(jīng)濟效益，并樹立了良好的企業(yè)環(huán)?，F(xiàn)象。此外，德國、芬蘭、英國等對高速齒輪干滾削、干式鏜削等加工方式也進行了研究，并在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，取得了良好效果。從加工方法上看, 車削、銑削、滾齒等加工應(yīng)

100、用干切削較多。日本堅藤鐵工所開發(fā)的KC250H型干式滾齒機和硬質(zhì)合金滾刀, 在冷風(fēng)冷卻、 量潤滑劑潤滑的條件下進行了高速滾齒加工, 與傳統(tǒng)的濕式滾齒機(KA220 型) 和高速鋼滾刀加工相比, 加工速度提高了2.3 倍, 加工齒輪精度也得到明顯提高。 在我國，應(yīng)用干切削加工的主要是傳統(tǒng)的鑄鐵銑削加工，</p><p>　　第9章 總結(jié)和展望</p><p>　　干切削技術(shù)是對傳

101、統(tǒng)生產(chǎn)方式的一個重大創(chuàng)新，是種嶄新的清潔制造技術(shù)。世界各國日益嚴(yán)厲的環(huán)保法規(guī)，有利于加速干切削技術(shù)的推廣與應(yīng)用；各種超硬、耐高溫刀具材料及其涂層技術(shù)的發(fā)展，為干切削技術(shù)創(chuàng)造了極為有利的條件；最小量潤滑裝置的有效應(yīng)用和各種中心小孔的孔加工標(biāo)準(zhǔn)刀具的出現(xiàn)，使準(zhǔn)干切削在鋁合金和各種難加工材料的孔加工中獲得了越來越多的應(yīng)用。干切削技術(shù)從出現(xiàn)到現(xiàn)在只有短短10年的歷史，它是一種新興的綠色制造技術(shù)，對實施人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要的意義，是新世紀(jì)的前