干式切削及其在齒輪加工中的應(yīng)用

干式切削工藝的成敗，關(guān)鍵在于找到一種代替冷卻和潤(rùn)滑的方法。目前，比較成功的干式切削法有兩種：高速干式切削和低溫冷風(fēng)切削。 　　一、高速干式切削與低溫冷風(fēng)切削 　　1．高速干式切削法 　　該加工方法是在無(wú)冷卻、潤(rùn)滑油劑的作用下，采用很高的切削速度進(jìn)行切削加工。干式切削必須選用適當(dāng)?shù)那邢鳁l件。首先，采用很高的切削速度，盡量縮短刀具與工件間的接觸時(shí)間，再用壓縮空氣或其他類(lèi)似的方法移去切屑，以控制工作區(qū)域的溫度。隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛使用，機(jī)床剛性和動(dòng)態(tài)性能不斷提高，提高機(jī)床的切削速度并非難事。實(shí)踐證明，當(dāng)切削參數(shù)設(shè)置正確時(shí)，切削產(chǎn)生的熱量80%可被切屑帶走。 　　高速干式切削法對(duì)刀具有嚴(yán)格的要求：①刀具應(yīng)具有優(yōu)異的耐高溫性能，可在無(wú)切削液條件下工作。新型硬質(zhì)合金、聚晶陶瓷和CBN等切削材料是干式切削刀具的首選材料；②切屑和刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能?。ㄗ钣行У姆椒ㄊ堑毒弑砻嫱繉樱?，并輔以排屑良好的刀具結(jié)構(gòu)，減少熱量堆積；③干式切削刀具還應(yīng)具有比濕式切削刀具更高的強(qiáng)度和抗沖擊韌性。 　　2．低溫冷風(fēng)切削 　　該切削方法是一種用-10℃～-100℃的冷風(fēng)和非常微量的植物油代替冷卻和潤(rùn)滑油劑冷卻的加工方法。它由日本明治大學(xué)的橫川和彥等最先提出。研究發(fā)現(xiàn)，在金屬切削加工過(guò)程中，如果只給加工點(diǎn)提供非常微量、潤(rùn)滑效果良好且未氧化的植物油，加工點(diǎn)就會(huì)因高溫而喪失潤(rùn)滑性。若給加工點(diǎn)提供冷風(fēng)（-10℃～-100℃），就可以防止加工點(diǎn)的高溫化，避免上述情況發(fā)生。 　　冷風(fēng)切削時(shí)切削性能大大提高。試驗(yàn)表明，冷風(fēng)切削、磨削在性能方面比油劑切削、磨削提高了2倍以上。圖1所示是有、無(wú)植物油切削劑與冷風(fēng)時(shí)的切削性能對(duì)比情況?？梢钥闯?，僅使用冷風(fēng)切削就比使用植物油切削的效果好，而冷風(fēng)與微量植物油一起使用時(shí)，刀具的切削性能進(jìn)一步加強(qiáng)。試驗(yàn)時(shí)的切削條件：工件直徑：φ92mm～φ98mm，切削速度：45.1m/min～48.0m/min，進(jìn)給：0.5mm，切削刀具：刀尖半徑R0.4，相當(dāng)于SKH4高速鋼，不重磨刀片。 ▲無(wú)精密潤(rùn)滑油，無(wú)冷風(fēng)加工；■有精密潤(rùn)滑油，無(wú)冷風(fēng)； ●有精密潤(rùn)滑油，有冷風(fēng)；◆無(wú)精密潤(rùn)滑油，有-16.7℃冷風(fēng) 　　圖1 有、無(wú)植物油切削劑及冷風(fēng)時(shí)的切削性能使用溫度非常低的強(qiáng)冷風(fēng)加工時(shí)，為防止油劑凍結(jié)而喪失潤(rùn)滑性，可在加工前，在刀具表面涂上微量的植物油，然后給加工點(diǎn)供應(yīng)強(qiáng)冷風(fēng)。即不讓強(qiáng)冷風(fēng)與油劑混在一起，效果會(huì)更好。使用微量植物油劑，不但降低了切削能耗，而且還消除了工件銹蝕現(xiàn)象。 　　二、干式切削在齒輪加工領(lǐng)域的應(yīng)用 　　新的硬質(zhì)合金涂層方法和數(shù)控機(jī)床的使用，使圓柱齒輪制造出現(xiàn)新趨勢(shì)：無(wú)冷卻的硬質(zhì)合金刀具高速切削。若工藝參數(shù)按最佳設(shè)置，可使加工時(shí)間短，刀具壽命更長(zhǎng)。日本三菱公司、美國(guó)格里森公司等都在這方面開(kāi)展了卓有成效的研究。 　　日本三菱公司推出了世界上第一套干式滾切系統(tǒng)。它采用的切削速度是傳統(tǒng)滾切速度的多倍，可達(dá)到200m/min。干式滾切對(duì)滾刀有特殊的要求，三菱公司設(shè)計(jì)的專(zhuān)用干式滾刀，采用MACH7高速鋼，表面涂有專(zhuān)用涂層，有助于散熱并減少刀具損耗，其壽命可延長(zhǎng)到一般濕切方式的5倍。這一系統(tǒng)在加工汽車(chē)末級(jí)傳動(dòng)齒輪、大型載重齒輪、汽車(chē)小齒輪及行星齒輪時(shí)效果都很理想，生產(chǎn)成本至少降低40%。 　　美國(guó)格里森公司用硬質(zhì)合金滾刀在Phoenix機(jī)床上用干式切削法加工錐齒輪，與傳統(tǒng)的高速鋼刀具濕式切削法相比，降低切削時(shí)間為50%，而且齒輪的表面粗糙度顯著降低和幾何精度也大大提高，加工精度可達(dá)AGMA12～13級(jí)。該公司生產(chǎn)的GP系列滾齒機(jī)，以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使其干切質(zhì)量能與濕切質(zhì)量媲美。其床身設(shè)計(jì)成大角度斜坡，以利切屑流動(dòng)。床身內(nèi)部循環(huán)冷卻，以利于維持熱平衡。此外，機(jī)床還配有一套真空除屑除塵系統(tǒng)。這一系列滾齒機(jī)，滾切轉(zhuǎn)速可達(dá)3000r/min。 　　高速干式切削法有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，由于它省去了油屑分離過(guò)程，無(wú)冷卻潤(rùn)滑油箱和油屑分離裝置以及相應(yīng)的電氣設(shè)備，因此，機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊。其次，這種方法極大地改善了加工環(huán)境；加工費(fèi)用也大大降低。為進(jìn)一步延長(zhǎng)刀具壽命、提高工件質(zhì)量，可在齒輪干式切削過(guò)程中，每小時(shí)使用10～1000ml潤(rùn)滑油進(jìn)行微量潤(rùn)滑。這種方法產(chǎn)生的切屑可以認(rèn)為是干切屑，工件的精度、表面質(zhì)量和內(nèi)應(yīng)力不受微量潤(rùn)滑油的負(fù)面影響，還可以用自動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)。 　　美國(guó)費(fèi)特公司(LMT-Fette)用硬質(zhì)合金刀具干式滾切齒輪，使齒輪單件加工時(shí)間和成本明顯降低。日本堅(jiān)藤鐵工所開(kāi)發(fā)的KC250H型干式滾齒機(jī)，采用硬質(zhì)合金滾刀、冷風(fēng)冷卻、微量潤(rùn)滑，進(jìn)行高速滾齒，由于供給的是溫度穩(wěn)定的冷風(fēng)，工件的熱變形極小。它與傳統(tǒng)的采用高速鋼滾刀KA220型濕式滾齒機(jī)相比，加工速度提高了3.2倍，齒輪精度也明顯提高。 　　三、小結(jié) 　　干式切削與濕式切削相比，不但極大地提高了機(jī)床生產(chǎn)效率，降低了工件加工成本，而且有利于保護(hù)環(huán)境，節(jié)約自然資源。在國(guó)外，干式切削的研究和應(yīng)用都比較廣泛，據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，目前在西歐已有近一半企業(yè)采用干式切削加工。國(guó)內(nèi)雖有部分機(jī)構(gòu)在從事這方面的研究工作，但在齒輪加工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用還是空白。 　　ISO和JIS14000系列標(biāo)準(zhǔn)分別于1996年制定生效，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)境管理及監(jiān)測(cè)有嚴(yán)格的規(guī)定。它們的實(shí)施，無(wú)疑是對(duì)我國(guó)機(jī)床產(chǎn)品出口的又一次挑戰(zhàn)。為提高我國(guó)產(chǎn)品的技術(shù)含量和工藝創(chuàng)新能力，在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，開(kāi)展干式切削加工技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)是十分必要和迫切的。 信息來(lái)源于：中工機(jī)床網(wǎng)