金属切削工具发展应用概览

　　5 干切技术的应用

　　（1） 切削液的应用及问题

　　为了达到润滑、冷却、排除切屑的目的， 现代金属切削加工中通常使用切削液， 在提高零件表面加工质量， 提高刀具寿命， 提高效率方面起到了重要作用。切削液作为金属加工的重要配套材料可分为油基切削液、半合成切削液以及合成切削液。虽然切削液在现代金属切削加工中有着种种益处， 但是在实际使用过程中也存在着不可忽视的问题。

　　1） 切削液的腐蚀问题。由于切削液的pH 值过高或过低， 会对加工零件表面产生腐蚀， 影响表面加工精度。所以应根据金属材料选择合适pH值的切削液， 并避免不相似的材料接触， 还要使用防锈液， 控制细菌的数量， 避免细菌的产生。

　　2） 切削液的变质问题。由于生产环境或者加工环境， 会有大量厌氧菌和耗氧菌混入切削液中，导致其变黑发臭， 并释放出SO2， 具有臭鸡蛋味。为避免切削液的变质， 需要较精确的配比浓度及高纯度原料， 将切削液pH 值保持在8.3~9.2 之间。

　　3） 切削液的泡沫问题。在金属切削加工过程中， 因为切削液流速过快、液面太低或喷管角度太直， 都会导致产生大量泡沫沉积， 这些都需要对切削液流速、液面和喷管角度加以控制。

　　4） 工人健康问题。刀具的切削部分是在较大的切削力及较高的切削温度和剧烈的摩擦下进行的， 许多高速加工工序中加入的切削液会在高温下蒸发成烟雾。这些切削液不仅对环境造成了巨大的污染， 更对操作人员的身体健康带来危害。切削液的pH 值过高还会引起操作者皮肤过敏。

　　5） 零件的生产成本大幅度提高。有统计数据表明， 在零件加工总成本中， 切削液费用约占16%， 而刀具费用只占总成本的4%。

　　（2） 干切技术

　　切削液在加工生产中的成本比重从几十年前的不到3%上升到16%， 基于经济以及上述原因的考虑， 切削液已不得不引起生产经营者的注意。近年来兴起的干切技术实现了绿色制造， 保证了企业的经济效益和社会效益最优化。

　　干切削加工技术是一种加工过程不用或微量使用切削液的加工技术， 是一种对环境污染源头进行控制， 清洁环保的制造工艺。各种超细晶粒硬质合金、耐高温材料以及涂层技术的发展， 为干切技术提供了有利前提。微量润滑系统简单地说就是精密控制油量的喷油装置， 是将压缩空气与极微量的润滑液混合气化后喷射到工作区。微量润滑装置高效应用在各种心小孔孔加工标准刀具中， 使得准干切技术得到广泛应用。更有学者将准干切技术归为广义的干切技术， 即为干净、高效、环保的技术。

　　干切技术的出现对刀具提出了更高的要求：

　　1） 具有优良红硬性耐磨性。干切由于缺少冷却液， 其切削温度比湿切削时高得多， 红硬性高的刀具材料才能有效地承受切削过程高温， 保持加工精度。

　　2） 较低摩擦系数。一定程度上可替代切削液润滑作用， 抑制切削温度上升。也可采用涂层技术降低摩擦系数。

　　3） 较高热化学稳定性。干切削高温下， 刀具仍然保持较高化学稳定性， 降低高温对化学反应催化作用， 从而延长刀具寿命。

　　4） 具有合理刀具结构几何角度。合理刀具结构几何角度， 不但可以降低切削力， 抑制积屑瘤产生， 降低切削温度， 而且还有断屑控制切屑流向功能。刀具形状保证了排屑顺畅， 易于散热。

　　目前， 干切削刀具的主要材料有超细颗粒硬质合金、聚晶金刚石、立方氮化硼、SiC 晶须增韧陶瓷及纳米晶粒陶瓷等。

　　随着刀具材料的迅速发展， 新的硬质合金牌号特别是有些涂层牌号， 在高速、高温的情况下可以不用切削液， 加工工件的温度会成倍增加。但是由于温度分布均匀， 夹具和机床温度很低，从而保证了工序的质量， 提高了切削效率。对于间断切削， 切削区温度越高， 越不适合用切削液。除此之外， 选择正确的机床和恰当的装备是非常重要的， 因为速度快、温度高、材料硬， 所以需要保证机床刚性足、马力大。福特汽车厂从2000 年起， 就拟将离合器壳体和变速箱的加工由湿加工逐步转为干切削。从日本、美国、德国等发达国家的工业生产线来看， 干切技术的应用将成为发展主流之一。

 6 结束语

　　综上所述， 刀具的发展方向将是超细晶粒的梯度硬质合金基体的新型材料与涂层技术的跨领域结合。切削工艺上， 干切技术的推广将引发刀具市场的变革， 金属加工行业会变得更高效、更环保、更节能。