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(gè)以降耗，減廢，節(jié)能，節(jié)材，并且有利于環(huán)境保護(hù)和人體身心健康的，實(shí)行清潔安全生產(chǎn)的“綠色工程”已經(jīng)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家興起。開(kāi)發(fā)研究“綠色制造技術(shù)”，實(shí)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(lái)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(guó)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(duì)于操作者健康還是對(duì)于周圍環(huán)境，都有著不利影響，這成為當(dāng)前治理的重點(diǎn)。但是，如果對(duì)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(yùn)而生，并且也出現(xiàn)了微量潤(rùn)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(shí)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(diǎn)。在制造業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(huì)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，它的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代，那時(shí)的人們磨制石器，銅器，鐵器等等用來(lái)捕獵，以滿足自己的生活。制造業(yè)在給人類帶來(lái)物質(zhì)財(cái)富的同時(shí)，也給人類賴以生存

4、的環(huán)境帶來(lái)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(gè)人類制造技術(shù)不斷發(fā)展和環(huán)保意識(shí)不斷提高的21世紀(jì)，綠色無(wú)污染的高速切削加工技術(shù)和工藝成為人類社會(huì)追求的目標(biāo)。在這種背景下，減少或取消加工切削液和潤(rùn)滑劑的使用已成為一種必然趨勢(shì)，于是干式切削加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流。</p><p>　　2.1 綠色制造的背景</p><p>

5、　　通過(guò)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?lái)使用和利用的工業(yè)品和生活消費(fèi)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(dòng)了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)，也相對(duì)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(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染。把原材料或者能源通過(guò)制造成產(chǎn)品，產(chǎn)品在使用和維護(hù)過(guò)程會(huì)排放各種廢棄物，然后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行回收處理，在資源過(guò)度消耗的過(guò)程中，會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的惡化。目前的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，主要以自然資源的高投入，高消

6、費(fèi)為主要特征，而制造業(yè)卻使環(huán)境污染不斷加劇。</p><p>　　對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)帶來(lái)的嚴(yán)峻問(wèn)題，人們得深刻反思傳統(tǒng)的資源觀，價(jià)值觀，環(huán)境觀和發(fā)展觀。人類社會(huì)若想不斷進(jìn)步，就需不斷發(fā)展。但不能一味的追求經(jīng)濟(jì)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(hù)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(guò)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(guò)程中不可缺少的生產(chǎn)因素之一，但它的使用帶來(lái)了越來(lái)越多的問(wèn)題。針對(duì)切削液帶來(lái)的污染，許多國(guó)家都做了相關(guān)的明文規(guī)定。譬如德國(guó)，涉及廢液，廢屑的處理的法律文件從上個(gè)世紀(jì)到現(xiàn)在是呈現(xiàn)遞加的趨勢(shì)的。我國(guó)的工業(yè)污染占全國(guó)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?cè)谙木拶Y來(lái)進(jìn)行環(huán)境管理和污染控制，可是卻沒(méi)有達(dá)到預(yù)想的效果

8、，污染還在加重，一系列的問(wèn)題還存在。所以，對(duì)于切削液的污染問(wèn)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(yùn)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(shí)，干切削由于沒(méi)有產(chǎn)生一定壓力和流量的液體的作用，來(lái)使它不斷地得到冷卻，并且潤(rùn)滑道具上的加工部位，導(dǎo)致金屬在切削加工的過(guò)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(jī)床的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及工藝技術(shù)等諸多因素，是一項(xiàng)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(gè)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(dá)到有切削液來(lái)冷卻的零件的質(zhì)量和效率，需要對(duì)干切削加工實(shí)施的條件以及干切削加工的理論基礎(chǔ)等進(jìn)行研究和分析。</p><p>　　3.1 干切削加工的研究?jī)?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(lái)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(guò)程中使用切削液主要有三個(gè)作用，冷卻，清洗和排屑作用以及潤(rùn)滑。這些作用對(duì)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(guò)程中切削液的使用量越來(lái)越大，造成的負(fù)面影響也越來(lái)越顯著，對(duì)環(huán)境的副作用和相關(guān)的費(fèi)用也越來(lái)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(jī)床以及切削環(huán)境等等，說(shuō)到底，對(duì)于干切削的研究歸根究底是對(duì)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(gè)過(guò)程更優(yōu)化，來(lái)保證干切削的各個(gè)過(guò)程得以實(shí)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(jī)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(duì)短暫，但也在漸漸走在新世紀(jì)制造科技的前沿。同時(shí)，干切削又是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，它的發(fā)展不可能一蹴而就。不同的機(jī)床有不同的加工特點(diǎn)，干切削在作用于不同類別機(jī)床時(shí)，需研究實(shí)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(diǎn)，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(duì)工件不利，容易燒傷工件。所以，干切削要想在各類機(jī)床上實(shí)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(jī)床，工件材料和工藝參數(shù)之間的合理優(yōu)化，而進(jìn)行的切削是完全干切削。當(dāng)它對(duì)零件的制造精度要求不同時(shí)，對(duì)機(jī)床，刀具等等的指標(biāo)要求也不同，這樣才能實(shí)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?dú)?，并用壓力將氮?dú)庖夯梢簯B(tài)氮，作用于切削區(qū)域，使之處于低溫冷卻狀態(tài)來(lái)進(jìn)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(lái)作用于切削區(qū)，另一種則是利用液氮自身的瓶裝壓力來(lái)作用于切削區(qū)以達(dá)到冷卻的效果。在切削的過(guò)程中，為使刀片上的切削溫度不致過(guò)高，液氮不斷地在密閉室中流動(dòng)，來(lái)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(shí)現(xiàn)。若不使用液氮來(lái)冷卻的話，后刀面的磨損值會(huì)很高，使切削無(wú)法在正常的情況下進(jìn)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(jī)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(jìn)行有利于干切削的變化，才能使風(fēng)冷系統(tǒng)較好的實(shí)施對(duì)被加工對(duì)象實(shí)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(shí)現(xiàn)干切削，機(jī)床，刀具，工藝參數(shù)成了干切削研究的基礎(chǔ)問(wèn)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(qiáng)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(huì)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(duì)于大前角的要求，高硬度也是必須的。在切削時(shí)，工件材料和刀具材料之間會(huì)發(fā)生擴(kuò)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(kāi)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(xì)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?yàn)樗哂泻芨叩挠捕群蜔釋?dǎo)率，但不能加工黑色金屬。陶瓷是一種價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)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(huì)加入一些增韌補(bǔ)強(qiáng)的材料以改進(jìn)它的壓制工藝。</p><p>　　干切削通

19、過(guò)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(shí)，干切削工藝必須得通過(guò)工件材料和切削用量來(lái)設(shè)置斷屑槽，有利于斷屑和更好的排屑。開(kāi)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(guò)利用軟硬涂層來(lái)彌補(bǔ)由于放棄切削液而失去的某些功能，因?yàn)橥繉拥哪Σ料禂?shù)比較小，可以降低摩擦熱的產(chǎn)生。</p><p><b>　　2.干切削機(jī)床技術(shù)</b&g

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

21、制成，將加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量積屑運(yùn)送到螺旋排屑槽。鑒于溫度對(duì)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(lái)監(jiān)視機(jī)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(jī)床的結(jié)構(gòu)是完全對(duì)稱的。</p><p>　　干切削會(huì)出現(xiàn)金屬懸浮顆粒，故機(jī)床要對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行密封，機(jī)床上最好添加吸塵裝置。因?yàn)闆](méi)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵和細(xì)切屑，這些切屑會(huì)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(rùn)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?jī)?nèi)容，工藝方法，切削用量，工藝環(huán)境等。工藝措施在必要時(shí)可以隨著工藝方法的改變而改變。例如，在對(duì)氮化硅工件進(jìn)行硬態(tài)車削時(shí)，由于該材料具有極高的抗拉強(qiáng)度，使得任何道具都會(huì)很

23、快的產(chǎn)生破損。如果采用激光束先對(duì)切削區(qū)進(jìn)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(jìn)行。</p><p>　　干切削意味著切削過(guò)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(hù)了環(huán)境，在制造業(yè)中，很多制造商漸漸地意識(shí)到了這種優(yōu)勢(shì)。就拿福特汽車廠來(lái)說(shuō)吧，在2000年就開(kāi)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(tái)XHC241高速加工中心，每天以三班制加工230個(gè)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(jī)床和濕切削機(jī)床平行配置，通過(guò)工業(yè)機(jī)器人將兩種加工中心連接起來(lái)，以后所有的機(jī)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(lái)分析干切削的加

25、工機(jī)理是非常片面的。干切削理論基礎(chǔ)主要包括以下幾個(gè)方面：清潔生產(chǎn)理論，金屬切削層的軟化理論，低溫脆性，強(qiáng)化換熱效應(yīng)，其他冷卻切削機(jī)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(jiǎn)單的減少或者停止使用切削液就可以實(shí)現(xiàn)的。你不得不分析在停用切削液以后，會(huì)造成什么樣的結(jié)果？問(wèn)題一旦發(fā)生，我們又應(yīng)采取什么措施來(lái)消除這些不利影響？為此，首先應(yīng)對(duì)切

26、削液在機(jī)械加工中的作用和功能有一個(gè)全面、深入的認(rèn)識(shí)。 </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(shí)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(huì)得到很高的重視。但是，隨著切削液的大量使用，其對(duì)環(huán)境的副作用和相關(guān)費(fèi)

27、用也會(huì)越來(lái)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(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。</p><p>　　4.1．1 在機(jī)械加工中，切削液的三大功能 </p><p>　　(1)潤(rùn)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(rùn)滑摩擦，流體潤(rùn)滑摩擦這三類。當(dāng)你在大氣中進(jìn)行切削時(shí)，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(guò)程中，有潤(rùn)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(rùn)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(kāi)來(lái)，從而更增加了切削液的潤(rùn)滑性能。 在磨削過(guò)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(rùn)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(guò)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(lái)把熱量帶走，從而有效地降低切削過(guò)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(lái)說(shuō)，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(xì)小的切屑沖離工件或刀具，將切屑迅速?gòu)臋C(jī)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(shí)現(xiàn)斷屑，主要看刀具的結(jié)構(gòu)，高壓切削

31、液對(duì)斷屑和排屑也起一定的輔助作用。</p><p>　?。?）清洗作用——除冷卻，潤(rùn)滑作用外，在金屬切削過(guò)程中，要求切削液有良好的清洗作用。以減少細(xì)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(duì)于油基切削油，粘度越低，清洗能力就越強(qiáng)，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?yàn)樗茉诒砻嫔闲纬晌綕?rùn)滑膜，阻止粒子和油泥等粘附在

32、工件，刀具和砂輪上，同時(shí)由于它的滲透作用強(qiáng)，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(guò)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(jī)床部件表面也會(huì)因此而腐蝕。此外，在工件加工后或工序之間流轉(zhuǎn)過(guò)程中暫時(shí)存放時(shí)，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(duì)金屬產(chǎn)生侵蝕。特別是在我國(guó)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(duì)細(xì)菌和霉菌有一定抵抗能力，不易長(zhǎng)霉及生物降解而導(dǎo)致發(fā)臭、變質(zhì)。不損壞涂漆零件，對(duì)人體無(wú)危害，無(wú)刺激性氣味。在使用過(guò)程中無(wú)煙、霧或少煙霧。便于回收，低污染，排放的廢液處理簡(jiǎn)便，經(jīng)

34、處理后能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)等。</p><p>　　4.1．2、在機(jī)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(guò)程中起著舉足輕重的作用，在使成本增加的同時(shí)，對(duì)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(gè)方面：</p><p>　?。?）使制造成本增加了。據(jù)國(guó)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(fèi)用占總費(fèi)用的13%-17%，而刀具耗費(fèi)的費(fèi)用僅占總費(fèi)用的2%-4%。</p><p>　　(2)使環(huán)境污染越來(lái)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(guò)處理就直接排到外界，會(huì)造成很嚴(yán)重的環(huán)境污染。</p><p>　　（3）直接

36、危害操作人員的身體健康。切削液產(chǎn)生的油煙會(huì)對(duì)操作工的肺部和呼吸道有很大的危害，切削液本身也會(huì)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(duì)人體有害的化學(xué)成分。在切削(磨削)過(guò)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(huì)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(huì)誘發(fā)多種皮膚病，直接影響工人健康。 </p><p>　　進(jìn)行干切削時(shí)，由于缺少了切削液的潤(rùn)滑、冷卻

37、和輔助排屑與斷屑等作用，因而切削熱會(huì)急劇增加，機(jī)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(jìn)行，達(dá)到或超過(guò)濕加工時(shí)的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具耐用度，就必須從刀具、機(jī)床和工件等各方面采取一系列的改進(jìn)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(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，其中最大的難點(diǎn)在于如何提高刀具在干切削中的性能，同時(shí)也對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、工件材料及工藝過(guò)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(shì)</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(duì)于切削液的選用也是不一樣的。比如說(shuō)，在粗加工時(shí)，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(shí)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(shí)，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(huì)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(méi)有辦法正常工作導(dǎo)致失效。切削液的使用方法很多，常見(jiàn)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(shì)</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(qiáng)對(duì)切削液的管理，使切削液得到合理有效地利用；另一方面，開(kāi)發(fā)新型的切削液。它是一種無(wú)公害，低污染的綠色切削液。<

40、/p><p>　　近年來(lái)，我國(guó)的進(jìn)口數(shù)控機(jī)床，加工中心等先進(jìn)制造設(shè)備越來(lái)越多，這些先進(jìn)的設(shè)備對(duì)切削液的要求也越來(lái)越高，所以，切削液基本依賴進(jìn)口，但是進(jìn)口的東西價(jià)格比較高，所以使得生產(chǎn)成本越來(lái)越高。我國(guó)水基切削液的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，并且開(kāi)始從乳化液向高性能微乳化液過(guò)度，一些發(fā)達(dá)國(guó)家也在大力研究環(huán)保型乳化液。所以，高性能，長(zhǎng)壽命，低污染切削液的開(kāi)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(qiáng)，無(wú)疑會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在開(kāi)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(huì)產(chǎn)生任何污染，從環(huán)保的角度來(lái)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(duì)切削性能有影

42、響的重要管理項(xiàng)目。過(guò)去我們一直認(rèn)為只有在加工對(duì)精度要求很高的工件時(shí)，才對(duì)切削液有過(guò)高的要求，要經(jīng)過(guò)精細(xì)過(guò)濾。但近幾年的研究表明，若切削液中的雜質(zhì)過(guò)少，則刀具的使用壽命可以延長(zhǎng)。所以若想改善工件的加工質(zhì)量，則應(yīng)該使用凈化過(guò)的切削液，也防止了切削液中微生物的生長(zhǎng)。</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(shí)的清除，稱為切削液的凈化處理。凈化一般有兩種方法，過(guò)濾法和分離法。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)

43、程中，往往將幾種方法進(jìn)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(shí)施的工藝基礎(chǔ)。保證干式切削的順利實(shí)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(shí)巨大的熱能，是實(shí)現(xiàn)干切削的關(guān)鍵。這就對(duì)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(lái)，把金屬干切削帶上了一個(gè)新的臺(tái)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(shí)際上就是不斷提高刀具材料耐熱性能的過(guò)程。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)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(qiáng)度，但硬質(zhì)合金并不適用于所有的加工場(chǎng)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(duì)刀具材料提出了很高的要求。現(xiàn)在要實(shí)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(guò)程中自外界的壓力對(duì)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(huì)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(wèn)題，根本就不適用于進(jìn)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(xì)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(xì)晶粒硬質(zhì)合金——超一般適用于大前角的場(chǎng)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(qiáng)度。與此同時(shí)硬質(zhì)

48、合金的耐磨性以及所謂的硬度也會(huì)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(huì)得以客觀的增加，抗沖擊性能也會(huì)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(guò)直接燒結(jié)成型，亦可通過(guò)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(huì)由天壤之別；添加的比例越高，其硬度也會(huì)越低。它具有高硬度，高耐磨性

49、。當(dāng)它加工高硬度材料時(shí)，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(shí)，聚晶立方氮化硼刀具的熱導(dǎo)率會(huì)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>　　（3）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(shí)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(shí)刀具會(huì)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(lái)說(shuō)對(duì)刀具進(jìn)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(rùn)滑性能之外，最重要的一點(diǎn)是因?yàn)檫@種潤(rùn)滑性能在我們加工切削時(shí)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(shí)，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(jià)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(jī)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(lái)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(zhǎng)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(diǎn)，也發(fā)揮了硬涂層的優(yōu)點(diǎn)，兩種優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，提高了刀具的切削性

54、能。例如瑞士開(kāi)發(fā)的“MOVIC”涂層絲錐，刀具表面上涂覆有一層MoS2。切削實(shí)驗(yàn)表明，沒(méi)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(gè)螺孔。高速鋼和硬質(zhì)合金經(jīng)過(guò)PVD涂層處理后，可以用于干切削。對(duì)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(guò)一系列涂層處理后也照樣可用來(lái)加工鋼、鋁合金。</p><p>　　5.2.4 刀具涂層對(duì)表面加工質(zhì)量的影響</p>

55、<p>　　在加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，切削溫度進(jìn)而提升，刀具要承受的切削溫度增加，對(duì)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(jìn)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(jìn)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(lái)的零件都必須能滿足使用要求。</p><p>　　刀具涂層對(duì)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(duì)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(guó)內(nèi)外對(duì)刀具材料的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，在國(guó)內(nèi)外高速干切削已經(jīng)進(jìn)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(shí)踐和生產(chǎn)中。</p>&l

57、t;p>　　日本方面對(duì)這一塊也有著相當(dāng)大的研究。如：高速度對(duì)淬硬鋼進(jìn)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(guò)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(xiàng)，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(jì) </p><p>　　刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足干切削對(duì)斷屑和排屑的要求。斷屑槽在韌性材料加工中對(duì)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(jì)制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可針對(duì)不同的工件材料和切削用量，很快設(shè)計(jì)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(duì)切屑流動(dòng)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(zhǎng)度上的負(fù)荷減??；增大負(fù)刃傾角λs可以使參加切削的切削刃長(zhǎng)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(shí)，細(xì)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(qiáng)度來(lái)保持刃口的鋒利，達(dá)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(huì)降低刀具的強(qiáng)度，為此，常采用T形刃帶，加強(qiáng)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(zhǎng)</p><p>　　考慮到刀具表面的最大潤(rùn)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(zhǎng)的最有效措施。圖2為切削某種材料時(shí)切削速度和積屑瘤的關(guān)系。其次，增大前角，減少進(jìn)給量，也可抑制積屑瘤的生長(zhǎng)。</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(tái)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(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　干切削技術(shù)帶動(dòng)了機(jī)

63、床行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了干切削機(jī)床。干切削機(jī)床是從濕切削機(jī)床發(fā)展而來(lái)的，它擯棄了濕切削機(jī)床環(huán)境污染的特點(diǎn)，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(jī)床的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)機(jī)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(jī)床中的主要作用，主要有冷卻，潤(rùn)滑，排屑。由于沒(méi)有切削液，它會(huì)產(chǎn)生很多不利影響。干切削機(jī)床的研制目前成為機(jī)床行業(yè)的一個(gè)新熱點(diǎn)，也在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有主導(dǎo)地位。</p><p>　　7.1

64、 干切削機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　干切削對(duì)機(jī)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(jī)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(jī)床的床身設(shè)計(jì)的很特殊，也是為了滿足快速排屑的要求。工作臺(tái)四周采用傾斜式蓋板，有助于熱切屑?jí)嬋肼菪判疾壑?，這種用絕熱材料制成的傾斜蓋板，防止切削熱量傳給機(jī)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(jī)床工作臺(tái)和其他支撐部件上的熱切屑會(huì)造成機(jī)床的熱變形，所以需要一個(gè)吹氣系統(tǒng)直接作用在工作臺(tái)還有夾具上，加速切削墜入排屑槽中。由于干切削會(huì)在加工區(qū)產(chǎn)生非常高的熱量，會(huì)影響切削的成型。過(guò)熱的高溫會(huì)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(jī)床溫度場(chǎng)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(tái)和其它支承部件上熱切屑的堆積，用以提高機(jī)床工藝系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。干切削

66、機(jī)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(jī)床外部的過(guò)濾裝置，避免污染環(huán)境。機(jī)床的基礎(chǔ)件（即立柱、床身、工作臺(tái)）的靜剛度、動(dòng)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(jī)床支承件的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)床床身是保證機(jī)床穩(wěn)定的基礎(chǔ)大件，支承件作為機(jī)床的基礎(chǔ)大件，高強(qiáng)度，剛度，較好的抗振性和熱穩(wěn)定性是機(jī)床所必須具備

67、的。為了干切削工藝的順利進(jìn)行，排屑，熱穩(wěn)定性應(yīng)該引起高度的重視。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意一下問(wèn)題：</p><p>　　改善隔熱條件，例如，對(duì)于鑄鐵床身，采用一層保護(hù)罩來(lái)防止切屑與機(jī)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(jī)床支承件的熱變形，又有利于排屑。</p><p>　　采用專門

68、設(shè)計(jì)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(qiáng)的剛性。</p><p>　　減少機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)及導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) </p><p>　　在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，主軸組件夾持著刀具和工件直接參加成形運(yùn)動(dòng)，其性能對(duì)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的影

69、響至關(guān)重要。干切削機(jī)床不僅對(duì)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(jī)床主軸組件的結(jié)構(gòu)需要具備以下特點(diǎn)：</p><p>　　干切削機(jī)床的主軸單元。這種機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速比普通的機(jī)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(jì)電主軸時(shí)，通常把同一尺寸規(guī)格的高速機(jī)床分為“高剛度型”和“高速型”來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。前者主要用于模具制造以及高溫合金，高強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度和巨大的承載能力，而且還具有較強(qiáng)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(dòng)靜壓軸承，磁懸浮軸承，空氣靜壓軸承，滾珠軸承等。</p><p>　　在對(duì)干切削機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，也要確保機(jī)床具有高的工作穩(wěn)定性能和高傳動(dòng)精度。</p><p&

71、gt;　　7.1.3 排屑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　干切削機(jī)床排屑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是經(jīng)過(guò)專門安排的, 總的原則是盡可能依靠重力排屑。如德國(guó)Hueller公司制造的Specht500t型加工中心, 就是專門為干式加工來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。該機(jī)床上裝有一根裝置，它是一種可圍繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)由切屑傳送機(jī)通過(guò)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(jī)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(guò)對(duì)這些部件施加微壓， 來(lái)隔離塵區(qū)。</p><p>　　7.2 干切削機(jī)床的研發(fā)</p><p>　　從可持續(xù)綠色發(fā)展來(lái)看，干切削機(jī)床是機(jī)床發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。美國(guó)，</p><p>　　日本，歐洲的一些國(guó)家，他們的機(jī)床制造企

73、業(yè)對(duì)干切削機(jī)床進(jìn)行了深入的研究。</p><p>　　例如，日本的三菱重工開(kāi)發(fā)出了第一臺(tái)采用全干切削技術(shù)的CNC滾齒機(jī)床，該機(jī)</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(wú)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(shí)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(kuò)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(qiáng)的化學(xué)親合力，故金剛石刀具雖然很硬，但不宜于用來(lái)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(jìn)行干切削。又如PCBN刀具能夠?qū)Υ阌蹭摗⒗溆茶T鐵和經(jīng)過(guò)表面熱噴涂的硬質(zhì)工件材料進(jìn)行干切削，而在加工中、低硬度的工件時(shí)，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(jìn)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(jī)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(duì)淬硬鋼進(jìn)行車削，其加工質(zhì)量可以達(dá)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(dá)到HRC68，在發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)性加工工藝。</p><p>　　硬車加工時(shí)，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(shí)機(jī)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(duì)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(wú)論在強(qiáng)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(shí)，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(qiáng)度、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)低且價(jià)格低廉等特點(diǎn)，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(qiáng)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(gè)數(shù)量級(jí)。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(qiáng)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(duì)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(guó)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(qiáng)度和沖擊韌性比CBN和陶瓷材料要高，價(jià)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(duì)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(shí)，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(shí)，

82、可選小的切削深度，進(jìn)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(jìn)給量。而切削用量對(duì)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(jī)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(duì)機(jī)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(dòng)必須保持在2mm以內(nèi)，還應(yīng)具備數(shù)字線性測(cè)量系統(tǒng)和良好的溫度補(bǔ)償性能(m級(jí)補(bǔ)償)，必須避免爬行。機(jī)床本身的主軸系統(tǒng)除了要保證高強(qiáng)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(shì)，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(jì)性</p><p>　　汽車制造業(yè)的大多數(shù)零件是在熱處理后進(jìn)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(jì)性方法在普及。目前，國(guó)外越來(lái)越多的企業(yè)已認(rèn)識(shí)硬車削的優(yōu)點(diǎn)，而國(guó)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(wèn)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(gè)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(zhǎng)時(shí)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(méi)有更換、修正砂輪必需的生產(chǎn)時(shí)間的損失，機(jī)床的利用率要高

86、。</p><p>　　2. 設(shè)備投資少，維護(hù)費(fèi)用低，適合柔性生產(chǎn)要求</p><p>　　在生產(chǎn)率相同時(shí)，車床的投資只是磨床的1/3～1/10，其輔助系統(tǒng)費(fèi)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(duì)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(kù)，硬車削無(wú)需要其他特殊裝備，很容易實(shí)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(shí)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(shí)間短，加工表面之間的相對(duì)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(duì)較高的進(jìn)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(huì)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(guò)從工件上“剝”軟化的切屑來(lái)有效地去除金屬。在大多數(shù)情況下，硬車削無(wú)須冷卻液，而使用冷卻液會(huì)給刀具壽命和表面質(zhì)量帶來(lái)不利影響。因硬車削是通過(guò)使剪切部分的材料退火

89、變軟而形成切削的，若冷卻率過(guò)高，則會(huì)減小由切削力而產(chǎn)生的這種效果，從而加大機(jī)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(wèn)題，降低廢液的處理成本。同時(shí)，硬車削可省去與冷卻液有關(guān)的裝置，降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)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(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)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(xiàng)技術(shù)要求機(jī)床、刀具、工裝及工藝應(yīng)有最佳組合，且對(duì)硬車效果的宣傳推廣不夠等原因，我國(guó)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(duì)淬硬軸承環(huán)、齒輪內(nèi)孔與端面以及量刃具等零件進(jìn)行加工，并也達(dá)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(lái)替代磨削，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將硬車削和磨削結(jié)合在一臺(tái)機(jī)床中，如STUDER的車磨復(fù)合機(jī)床，將會(huì)越來(lái)

91、越多。未來(lái)，硬車削以其鮮明的經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(lái)進(jìn)行切削加工的方法。氮?dú)庹即髿庵械谋壤芨?，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(lái)源也十分廣闊。

92、使用液氮作為切削液，不但用過(guò)以后可以直接揮發(fā)到大氣中去，沒(méi)有任何污染成分，從環(huán)保方面來(lái)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(lái)說(shuō)，由于刀具磨損嚴(yán)重，金剛石刀具不能用來(lái)加工黑色金屬。而美國(guó)一學(xué)者采用液氮冷卻系統(tǒng)對(duì)不銹鋼用金剛石刀具進(jìn)行車削加工，由于低溫抑制了碳原

93、子的擴(kuò)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(dá)到Ra25μm。磨削加工時(shí)會(huì)因磨削區(qū)高溫常常對(duì)工件表面造成熱損傷，如燒傷、微裂紋等，為有效解決這些問(wèn)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(jìn)給量情況下，這種效果更加顯著。對(duì)于非金屬材料和復(fù)合材料的液氮冷卻切削

94、加工,國(guó)外也開(kāi)展了廣泛研究。如FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)是一種高強(qiáng)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(duì)其進(jìn)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(zhǎng)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?gòu)牡毒呱?、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(guó)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(jìn)行了試驗(yàn)研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內(nèi)儲(chǔ)存液氮，由進(jìn)口輸人，從出口流出。試驗(yàn)表明，使用液氮冷卻時(shí)，車刀壽命延長(zhǎng)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(guò)的，其溫度低于—50℃冷卻氣體直接噴射于磨削點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)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(shí)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(duì)一些零件，如飛機(jī)零件等十分重要。采用固體潤(rùn)滑劑處理過(guò)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(rùn)滑作用。</p>&

97、lt;p>　　8.3 國(guó)內(nèi)外干切削加工工藝的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)干切削工藝技術(shù)進(jìn)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(shí)踐中。</p><p>　　在高速干切削方面, 美國(guó)Makino 公司提出/ 紅月牙0(RedCrescent) 干切工藝。其機(jī)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(dá)到紅熱狀態(tài)

98、, 導(dǎo)致屈服強(qiáng)度明顯下降,從而提高材料去除率。實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)這種工藝。</p><p>　　日本Syun-ichi.Yamagata研究開(kāi)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(gè)孔時(shí)，絲錐切小部分便產(chǎn)生磨損與粘結(jié)，使切削無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行；而采

99、用干式擠壓絲錐加工50,000個(gè)以上的孔也不會(huì)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(guó)Guhringg公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的鋁制零件進(jìn)行了高速干鉆削加工研究，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并樹(shù)立了良好的企業(yè)環(huán)?，F(xiàn)象。此外，德國(guó)、芬蘭、英國(guó)等對(duì)高速齒輪干滾削、干式鏜削等加工方式也進(jìn)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(jiān)藤鐵工所開(kāi)發(fā)的KC250H型干式滾齒機(jī)和硬質(zhì)合金滾刀, 在冷風(fēng)冷卻、 量潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑的條件下進(jìn)行了高速滾齒加工, 與傳統(tǒng)的濕式滾齒機(jī)(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(guó)，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(duì)傳

101、統(tǒng)生產(chǎn)方式的一個(gè)重大創(chuàng)新，是種嶄新的清潔制造技術(shù)。世界各國(guó)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(rùn)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(lái)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(duì)實(shí)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