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绿色切削技术介绍

更新日期:2007-08-18  作者:  来源:光学精密机械网(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

    目前,干式切削技术还存在许多不足和限制其推广应用的技术难题。由于失去了切削液的润滑、冷却、辅助排屑等作用,刀具在加工中承受的负荷增大,切削温度升高,刀—屑界面处于完全的二相固体接触状态,刀具磨损过程异常复杂,刀具与工件均易发生热变形,导致刀具使用寿命缩短,加工表面质量降低。此外,对于机床本身而言,由于不能保持热平衡,机床的床身、立柱等也会因温度升高而发生不容忽视的变形。

    干式切削技术的发展主要取决于机床和刀具性能的提高和改进,即:

    (1)提高机床性能。一方面提高机床的热稳定性和抗热变形能力;另一方面通过提高机床的主轴转速,发展高速(超高速)干式切削技术,以大幅度提高生产效率,减小切削力,并获得良好的表面加工质量。

    (2)开发新的刀具材料和涂层技术。通过提高刀具材料的导热性、耐热性、自润滑性和耐磨性,延长刀具使用寿命,保证干式切削的加工精度。

    3 液氮冷却切削

    液氮冷却切削是利用液氮特性,在切削区形成局部低温(或超低温),从而改变工件材料的物理力学性能使其有利于加工的先进切削技术。美国怀特州立大学的S Y Hong博士对液氮冷却车削加工的研究表明,硬质合金刀具材料在液氮冷却切削条件下能够保持良好的切削性能。林肯大学的Z Y Wang车削氮化硅陶瓷的试验表明,在液氮冷却条件下,刀具磨损可减小约4倍,工件表面粗糙度值可减小6倍多。液氮冷却切削对于钛合金、低合金钢、软钢及一些高塑(韧)性复合材料等难加工材料的加工非常有利。

    目前,液氮冷却切削技术主要存在以下需要解决的问题:
    (1)液氮的存储、运输等费用带来了附加成本;
    (2)液氮在切削加工中的润滑性不够;
    (3)液氮使用的安全性需要特别加以注意;
    (4)在超低温下切削出来的工件表面具有极强的化学活性,暴露在空气中会很快生锈,因此必须解决工件防锈问题;
    (5)尚需对不同工件材料的低温切削性能以及刀具的切削特性等作进一步深入研究。

    4 水蒸汽冷却切削

    水蒸汽冷却切削是将过热水蒸汽喷射到切削区以达到冷却润滑的一种切削方法。它的切削系统由水蒸汽发生装置、水蒸汽传输与控制系统和机床系统组成。前苏联学者Podgorkv V V和Godelviski V A在上世纪90年代提出了这种切削加工方法。哈尔滨工业大学也对此做过初步研究,并取得了一定成果。研究表明,水蒸汽冷却切削可以减小切削力和工件表面粗糙度值,明显降低切削温度,生成的切屑更规则合理,润滑性有所提高。水蒸气价格低廉又无污染,是一种很好的绿色润滑剂。目前,该技术仍处于研究阶段,主要存在以下问题:

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