基于綠色制造的干切削技術(shù)應(yīng)用研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p><p>　　1.1可持續(xù)發(fā)展對(duì)制造業(yè)的約束- 1 -</p>&

2、lt;p>　　1.2綠色制造研究的意義- 1 -</p><p>　　第二章 綠色制造的產(chǎn)生及干切削技術(shù)的基礎(chǔ)研究- 2 -</p><p>　　2.1 綠色制造的背景- 2 -</p><p>　　2.2 干切削技術(shù)的研究?jī)?nèi)容- 2 -</p><p>　　2.3 干切削加工的理論論述- 4 -</p>

3、<p>　　第三章 切削液的功能和負(fù)面影響- 5 -</p><p>　　3.1 切削液的作用及負(fù)面影響- 5 -</p><p>　　3.2 切削液的應(yīng)用- 6 -</p><p>　　第四章 干切削刀具材料研究- 8 -</p><p>　　4.1 采用新型的刀具材料- 8 -</p><p&g

4、t;　　4.2 涂層技術(shù)應(yīng)用- 9 -</p><p>　　4.3 國(guó)內(nèi)外對(duì)刀具材料的應(yīng)用研究現(xiàn)狀- 10 -</p><p>　　第五章 干切削刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)- 11 -</p><p>　　5.1 選擇大前角γ0 ，增大后角а0- 11 -</p><p>　　5.2 減小主偏角Кf，增大負(fù)刃傾角λs- 11 -<

5、/p><p>　　5.3 改良刃具刃口- 11 -</p><p>　　5.4 控制積屑瘤生長(zhǎng)- 11 -</p><p>　　5.5 減少刀具與工件表面之間的接觸面積- 11 -</p><p>　　第六章 干切削的機(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)- 13 -</p><p>　　6.1 干切削機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 13 -<

6、;/p><p>　　6.1.1 干切削機(jī)床支承件的設(shè)計(jì)- 13 -</p><p>　　6.2 干車削技術(shù)的應(yīng)用- 14 -</p><p>　　第七章 干切削的工藝技術(shù)- 15 -</p><p>　　7.1 硬車加工工藝- 15 -</p><p>　　7.2 刀具材料- 15 -</p>

7、<p>　　7.3 切削用量與切削條件- 16 -</p><p>　　7.4 硬車削機(jī)床- 16 -</p><p>　　7.5 硬車削的經(jīng)濟(jì)性- 17 -</p><p>　　7.5 硬車削的發(fā)展- 18 -</p><p>　　7.6 液氮冷卻加工工藝- 18 -</p><p>　　7.7

8、國(guó)內(nèi)外干切削加工工藝的研究現(xiàn)狀- 19 -</p><p>　　總結(jié)和展望- 21 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 22 -</p><p>　　致 謝- 23 -</p><p><b>　　插圖目錄</b></p><p>　　圖4- 1 不同材料硬度與溫度的關(guān)系8</p&

9、gt;<p>　　圖5- 1 切削速度與積屑瘤的關(guān)系12</p><p>　　圖7- 1 激光輔助干切削15 </p><p>　　圖7- 2 用液氮冷卻刀具15 </p><p>　　基于綠色制造的干切削技術(shù)應(yīng)用研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>

10、　　文章基于綠色制造技術(shù)，介紹了干切削刀具材料的特性，工件材料的特點(diǎn)，和機(jī)床的優(yōu)化設(shè)計(jì)的機(jī)理干切削的原理，討論了切削用量與刀具的參數(shù)關(guān)系，及先進(jìn)切削工藝的應(yīng)用。文章綜合國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展論述了切削機(jī)理和相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，有益于加速我國(guó)在干切削加工技術(shù)方面的實(shí)施.及發(fā)展，同時(shí)對(duì)先進(jìn)綠色制造技術(shù)體系和金屬切削理論的發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：綠色制造；切削液；刀具材料；干切削機(jī)床；加工工藝 &

11、lt;/p><p>　　Based on Green Manufacturing Dry Cutting Technology Applied Research</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article based on Green Manufacturing, introduced the

12、 properties of dry cutting tools, the feature of parts materials, the optimized design of machine tools, the principles of near dry cutting, and discussed the connection between cutting parameters and tool parameters, al

13、so the application of advanced cutting technologies. Integrating research progress at home and abroad ,this article discussed the cutting theory and advanced technology development, contributed to accelerating China'

14、s imple</p><p>　　Key words: Green Manufacturing; Dry cutting; Cutting processes; Processing</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　21世紀(jì)生產(chǎn)工程的重要內(nèi)容之一是面向環(huán)境清潔的綠色制造技術(shù)，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)一直對(duì)于生態(tài)平衡，環(huán)境

15、保護(hù)，可持續(xù)發(fā)展等給予了充分重視，然而制造過程中導(dǎo)致的一些環(huán)境污染已引起世界各國(guó)的重視，環(huán)境問題和資源問題也是當(dāng)前和今后在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)人類社會(huì)所面臨的主要問題。制造業(yè)是一切生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它是將制造資源轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程。制造業(yè)一方面作為創(chuàng)造人類財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是環(huán)境問題所產(chǎn)生的主要根源，在消耗人類有限資源的同時(shí)又帶來大量的環(huán)境污染。當(dāng)前人類面臨可持續(xù)發(fā)展，減少資源消耗以及解決制造所帶來的環(huán)境問題是頭等大事。如何使制造業(yè)盡可能少地產(chǎn)

16、生污染，進(jìn)行綠色制造呢，由此而產(chǎn)生一個(gè)有利于環(huán)保的綠色的生產(chǎn)加工技術(shù)——干切削技術(shù)，是當(dāng)前應(yīng)該探討研究的一個(gè)方向，也是應(yīng)該追求的一個(gè)目標(biāo)。綠色制造干切削技術(shù)，它符合我國(guó)21世紀(jì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)于先進(jìn)制造技術(shù)體系和金屬切削理論的發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　可持續(xù)發(fā)展對(duì)制造業(yè)的約束</p>

17、<p>　　在上個(gè)世紀(jì)八十年代的時(shí)候，一個(gè)新的發(fā)展觀念在布倫特蘭夫人的大腦中萌生，可持續(xù)發(fā)展觀?！疤诊w船理論”，《寂靜的春天》給了她靈感的來源，這種發(fā)展觀也是為了適應(yīng)時(shí)代的需要，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我們?nèi)祟愒跐M足自己需要的同時(shí)，也不能剝奪后代賴以生存的資源。對(duì)于自然資源，我們要維護(hù)它，合理地加以利用，來維持經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。在注重經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，不能以資源的浪費(fèi)，生態(tài)環(huán)境的破壞為代價(jià)?，F(xiàn)在的水、大氣、環(huán)境、食品污染越來越嚴(yán)重，我們?cè)谧?/p>

18、意身體健康，道德健康的同時(shí)，也應(yīng)該吸收健康的經(jīng)濟(jì)理念。我們需要，也要限制需要，這種限制使我們對(duì)環(huán)境的破壞得到了遏制，所以有了可持續(xù)發(fā)展的綠色理念，理念引導(dǎo)我們的思想，思想引導(dǎo)我們的行為?？沙掷m(xù)發(fā)展是一把雙刃劍，它在保護(hù)資源和維護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，也對(duì)許多行業(yè)的發(fā)展造成了一種制約，工業(yè)就是其中的一個(gè)，而制造業(yè)又是工業(yè)的基礎(chǔ)。這就對(duì)制造業(yè)提出了更高的要求。綠色制造模式迎風(fēng)而上，世界上掀起了一股綠色的浪潮。</p><p&g

19、t;<b>　　綠色制造研究的意義</b></p><p>　　綠色能源、綠色冰箱，綠色汽車，綠色食品等等，這些綠色計(jì)劃始終圍繞著一個(gè)主題——環(huán)境保護(hù)。人們的環(huán)保意識(shí)在不斷增強(qiáng)，這在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，也提高了資源的利用率。推行綠色制造，生產(chǎn)綠色產(chǎn)品是一些企業(yè)角逐的目標(biāo)，如果他們不在生產(chǎn)制造的過程中加入一些綠色元素，使用綠色生產(chǎn)線，綠色加工工藝來進(jìn)行生產(chǎn)，這些企業(yè)很快會(huì)被淘汰，會(huì)被淹沒。就拿奧運(yùn)

20、來說吧，現(xiàn)在都倡導(dǎo)綠色奧運(yùn)，這并不是簡(jiǎn)單意義上的綠色，還指人們的這種理念要與自然和社會(huì)想?yún)f(xié)調(diào)。人們綠色意識(shí)的增強(qiáng)帶動(dòng)了綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　近年來，一個(gè)對(duì)環(huán)境保護(hù)和人身心健康有所裨益的，清潔安全生產(chǎn)為宗旨的“綠色工程”已經(jīng)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家刮起一陣狂風(fēng)。切削加工要以綠色制造技術(shù)為主題才能順應(yīng)新世紀(jì)的潮流。由于發(fā)展科技的需要，各種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)品的質(zhì)量

21、，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，切削液在切削加工中對(duì)周遭環(huán)境及人身危害不容忽視。制造成本因處理切削液造成的危害而提高，這為新的干切削技術(shù)的萌芽帶來了一個(gè)契機(jī)。干切削加工擺脫了嚴(yán)重的污染，成就了綠色制造。隨著制造業(yè)發(fā)展的步伐日益加快，各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，環(huán)保理念深入人心，切削加工工藝把干切削推上了一個(gè)新的舞臺(tái)。</p>

22、<p>　　第二章 綠色制造的產(chǎn)生及干切削技術(shù)的基礎(chǔ)研究</p><p>　　從以磨制石器用以捕獵來滿足生活的遠(yuǎn)古時(shí)代至今，制造業(yè)在提高了人們的生活水平，也在讓滿足人們生活的需要生態(tài)環(huán)境流血。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。為了順應(yīng)21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的潮流，無污染的高速切削綠色加工工藝成為各國(guó)爭(zhēng)相角逐的目標(biāo)。切削液雖然保證了產(chǎn)品加工質(zhì)量，加工過程中限制或不使用切削

23、液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>　　通過制造，將人們身邊的可以有效利用的資源轉(zhuǎn)化成方便人們?nèi)粘Ｉ畹漠a(chǎn)品，這樣從一種資源到另一種資源的轉(zhuǎn)化產(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)，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。把原

24、材料或者能源通過制造成產(chǎn)品，產(chǎn)品在使用和維護(hù)過程會(huì)排放各種廢棄物，然后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行回收處理，在資源過度消耗的過程中，會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的惡化?，F(xiàn)代社會(huì)消費(fèi)不斷提高，資源投入量加大，全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)卻使環(huán)境污染愈演愈烈。</p><p>　　人類若想不斷前進(jìn)，就需不斷發(fā)展。經(jīng)濟(jì)發(fā)展是必須的，社會(huì)進(jìn)步是必要的，但人類應(yīng)該堅(jiān)持自己的信仰，不能用環(huán)境的破壞來換取經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。一味的注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而不重視環(huán)境保護(hù)，是要付出慘重的

25、代價(jià)的。在發(fā)展的同時(shí)與自然和諧相處，理性地追求綠色可持續(xù)發(fā)展，是人類進(jìn)步的關(guān)鍵。</p><p>　　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。切削液作為加工過程中的關(guān)鍵步驟，但它的使用帶來了一些弊端。針對(duì)切削液帶來的污染，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

26、之重。人們?cè)谙木拶Y來進(jìn)行環(huán)境管理和污染控制，可是卻沒有達(dá)到預(yù)想的效果，污染還在加重，一系列的問題還存在。所以，對(duì)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順理成章的得到了制造商的青睞。</p><p>　　2.2 干切削技術(shù)的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　在金屬切削加工時(shí)，干切削由于沒有切削液來冷卻和潤(rùn)滑刀具和工件，導(dǎo)致加工環(huán)境以及工件質(zhì)量的變化。不管是干切削也好

27、，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)到有切削液來冷卻的零件的質(zhì)量和效率，需要對(duì)干切削加工各環(huán)節(jié)的要素進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析。</p><p>　　金屬的切削加工一般分為兩類，濕式切削和干式切削。目前用的最多的就是濕式切削法，就

28、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。刀具在干切削中發(fā)揮的作用對(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)的改革，切削工藝對(duì)切削液的需求增多，造成的負(fù)面影響也越來越顯著，對(duì)環(huán)境的副作用和相關(guān)的費(fèi)用也越來越引起人們的注意，并致力于相關(guān)的研究中。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

29、削的各個(gè)過程更優(yōu)化，來保證干切削的各個(gè)過程得以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.1.1干切削方法的研究</p><p>　　1.不同的機(jī)床上干切削工藝的應(yīng)用研究</p><p>　　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

30、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方式，干磨削的切削速度比較高，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

31、</p><p>　　完全干切削對(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)來作用于切削區(qū)，另一種則是利用液氮自身的

32、瓶裝壓力來作用于切削區(qū)以達(dá)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，液氮流動(dòng)來降低刀片的溫度，故能使刀片保持良好的切削性能，使切削得以順利實(shí)現(xiàn)。若不使用液氮來冷卻的話，后刀面的磨損值會(huì)很高，使切削無法在正常的情況下進(jìn)行。</p><p>　　用空氣作為冷卻系統(tǒng)的切削叫風(fēng)冷干切削。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，刀具成分，刀具幾何參數(shù)等加工信息進(jìn)行

33、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>　　2.1.2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)問題。</p><p><b>　　1.干切削刀具技術(shù)</b></p><p>　　刀具技

34、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，并且積極地開發(fā)新的刀具材料。</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。聚晶金剛石具有很高的硬度和熱導(dǎo)率，它

35、由金剛石顆粒與金屬粉末均勻混合而成，不能用在黑色金屬的加工上。陶瓷是一種價(jià)格相對(duì)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(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>　　為了使切屑與前刀面的接觸面積限制在一定的范圍內(nèi)，通常會(huì)把前角增大。在加工一些韌性材料時(shí)，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。

36、刀具涂層作為近幾十年來發(fā)展起來的表面改良技術(shù)，對(duì)于干切削技術(shù)的進(jìn)步意義重大。通過利用軟硬涂層來彌補(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></p><p>　　干切削除對(duì)刀具選擇嚴(yán)格外，機(jī)床的排屑性能要優(yōu)化，熱特性以及防塵效果要好。在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)，機(jī)床結(jié)構(gòu)，機(jī)床部件，機(jī)床零件

37、以及零部件的選用等這些問題的研究要深入。工件在加工過程中，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。為了不堆積積屑，機(jī)床的床身可以設(shè)計(jì)成傾斜式的，為防止切削溫度轉(zhuǎn)移到床身，制作工作臺(tái)上的傾斜式蓋板的材料最好導(dǎo)熱性能差。鑒于溫度對(duì)于干切削工藝的影響，用溫度傳感器來感知機(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>

38、<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]有了切削液的清洗作用，加工產(chǎn)生的粉塵或切屑會(huì)污染加工區(qū)，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)

39、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。干切削的每個(gè)要素都很活躍，被優(yōu)化過后能使干切削更易實(shí)現(xiàn)。在對(duì)抗拉強(qiáng)度很高的氮化硅工件進(jìn)行車削時(shí)，任何道具都會(huì)很快的產(chǎn)生破損。如果采用激光束通過預(yù)熱使工件局部軟化，這種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。干切削意味著切削過程中消除或減少切削液，這在一定程度上降低了成本和減少對(duì)環(huán)境的破壞，在制造業(yè)中，很多制造商漸漸地意識(shí)到

40、了這種優(yōu)勢(shì)。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。</p><p>　　2.3 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工機(jī)理是非常片面的。干切削的理論基礎(chǔ)要想成熟還有待于研究。干切削理論基礎(chǔ)主要包括以下幾個(gè)方面：低污染低費(fèi)用的清潔生產(chǎn)綠

41、色制造理論；高溫下軟化金屬切削層的理論；低溫脆性；強(qiáng)化換熱效應(yīng)以及其他冷卻切削機(jī)理研究。隨著研究的深入，加工方法也在不斷創(chuàng)新。</p><p>　　第三章 切削液的功能和負(fù)面影響</p><p>　　干切削并不是靠簡(jiǎn)單的減少或者停止使用切削液就可以實(shí)現(xiàn)的。你不得不考慮在停用切削液以后，會(huì)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(duì)切削液在機(jī)械加工

42、中的作用和功能有一個(gè)完整、深刻的認(rèn)識(shí)。 </p><p>　　3.1 切削液的作用及負(fù)面影響</p><p>　　在金屬切削加工中，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)用也會(huì)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

43、，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>　　3.1.1 在機(jī)械加工中，切削液的三大功能 </p><p>　　(1)潤(rùn)滑功能——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，切屑的表面形成一種氧化膜，這層氧化膜降低了摩擦系數(shù)。前刀面與切屑，后刀面與已加工表面之間的摩擦系數(shù)的降低，都得益于切削液的潤(rùn)滑作用，通過滲透形成部分潤(rùn)滑膜，降低刀具與工件接

44、觸部位的表面溫度，減少了刀具磨損，使工件材料更容易被切削。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(rùn)滑性能。早在史前兩萬年，就已經(jīng)存在磨削加工，隨著時(shí)代進(jìn)步，工藝在日益發(fā)展。在磨削過程中，工件與砂輪之間溫度極高，影響了工件的力學(xué)性能。磨削液形成的潤(rùn)滑膜使接觸面間的摩擦減小，防刀具磨損，杜絕粘結(jié)現(xiàn)象并且抑制積削瘤的產(chǎn)生，砂輪壽命增長(zhǎng)，工件加工表面質(zhì)量提高，使磨削有了長(zhǎng)足的發(fā)展。<

45、/p><p>　　(2)冷卻功能——在金屬切削加工過程中，切削熱容易損壞刀具，降低工件表面的加工質(zhì)量，若想降低切削過程中的切削溫度，減少工件和刀具產(chǎn)生的熱變形，需要用切削液來冷卻，這也保養(yǎng)了刀具，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。通過實(shí)驗(yàn)得出的切削液冷卻效果圖，可以看出切削液性能的優(yōu)劣。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>

46、;<p>　　（3）清洗作用——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，粘度高，清洗能力若，低則相反。當(dāng)其中加入煤油，柴油時(shí)，更容易清洗切屑和粉末。水基切削液如果表面不含活化劑，其清洗效果會(huì)很差。因?yàn)榛罨瘎┬纬傻奈綕?rùn)滑膜，使工件，刀具和砂輪沒有粒子的堆積，它能夠滲入到粒子和油泥的粘附的界面上，也保持切削液清潔。</p><p>　

47、?。?）其它作用——除了以上作用外，它還有斷屑和排屑，防銹作用，無腐蝕性。所使用的切削液在貯存過程中不產(chǎn)生沉淀、不析油、不老化。能抵御細(xì)菌和霉菌的侵蝕，不因微生物降解而變質(zhì)。不因刺激性氣味而危害人體健康，廢液排放便捷，便于回收，污染小，不超過國(guó)家規(guī)定的工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)水平。</p><p>　　3.1．2、在機(jī)械加工中，切削液的三大負(fù)面影響</p><p>　　切削液在切削加工中的地位無可

48、厚非，但它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。它的負(fù)面影響主要體現(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，切削液的保養(yǎng)以及廢液的循環(huán)利用處理等所有的費(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)危害環(huán)境。切削液的毒性造成環(huán)境惡化。切削液的泄漏，濺出，直接影響安全生產(chǎn)。如

49、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(huì)造成很嚴(yán)重的環(huán)境污染。</p><p>　?。?）對(duì)操作人員的身體健康產(chǎn)生危害。切削液產(chǎn)生的油煙會(huì)引發(fā)呼吸道疾病，切削液本身也會(huì)引發(fā)人體各種皮膚病。在切削(磨削)過程中，人手和切削液直接接觸，也會(huì)誘發(fā)多種皮膚病，直接影響工人生命安全。 </p><p>　　進(jìn)行干切削時(shí)，通過切削液的冷卻作用，切削熱

50、會(huì)急劇下降，機(jī)床加工區(qū)溫度也明顯降低，刀具耐用度則大大提升。干切削通過對(duì)機(jī)床，刀具，工件的改進(jìn)，加工質(zhì)量好、生產(chǎn)率提高，刀具耐用度增強(qiáng)，比濕加工更有效率，提高了加工質(zhì)量。</p><p>　　3.2 切削液的應(yīng)用</p><p>　　3.2．1 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

51、。比如說，以粗加工工藝來加工工件時(shí)，主要目的是降低切削熱，所以應(yīng)該選用以冷卻為主的切削液來防止切削溫度的提高。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，硬質(zhì)合金因加工過程產(chǎn)生的熱量，遇到切削液會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫，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，有對(duì)切削區(qū)和前刀面的接觸區(qū)域進(jìn)行澆注，有用它將切屑沖離切削區(qū)，還有的將液化切削液噴向切削區(qū)亦即噴霧冷卻法。</p><p&g

52、t;　　3.2．2 切削液的未來應(yīng)用趨勢(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，合理利用較少的切削液加工出質(zhì)量最高的產(chǎn)品；另一方面，開發(fā)新型的環(huán)保切削液。它是一種無公害，低污染的綠色切削液。</p><p>　　近年來，我國(guó)先進(jìn)制造設(shè)備有很多依賴從國(guó)外進(jìn)口，這些先進(jìn)的設(shè)備對(duì)切削液的要求也越來越高，所以，切削液基本依賴進(jìn)口，但是進(jìn)口的

53、東西價(jià)格比較高，所以使得生產(chǎn)成本越來越高。我國(guó)水基切削液開始從乳化液向高性能微乳化液過度，這一過渡更推廣了它的使用范圍，一些發(fā)達(dá)國(guó)家也在致力于研究環(huán)保型乳化液。所以近年來性能優(yōu)良，壽命較長(zhǎng)的低污染低成本切削液的開發(fā)及廢液處理技術(shù)的研究得到普遍重視。</p><p>　　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)，無疑會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。傳統(tǒng)的切削液有利有弊，時(shí)代在進(jìn)步，行業(yè)在發(fā)展，產(chǎn)品

54、要通過不斷更新?lián)Q代才能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)需求。對(duì)于替代品的研究，液氮冷卻技術(shù)得到制造業(yè)的青睞，使用之后直接返回到大氣中，綠色無污染，是一種極有前途的切削液的替代品。</p><p>　　3.2．3 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)切削性能有影響的重要管理項(xiàng)目。過去我們一直認(rèn)為只有在加工對(duì)精度要求很高的工件時(shí)，才對(duì)切削液有過高的

55、要求，要經(jīng)過精細(xì)過濾。最近幾年的研究顯示，刀具的壽命與切削液的澄清度有關(guān)，越澄清，則刀具的使用壽命越長(zhǎng)。所以若想改善工件的加工質(zhì)量，則應(yīng)該使用凈化過的切削液，也防止了切削液中滋長(zhǎng)微生物。</p><p>　　將切削液在工作中帶入的一些固體塵埃，沉渣，砂輪碎屑等等及時(shí)的清除，稱為切削液的凈化處理。過濾或分離廢棄切削液的方法稱為切削液的凈化。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，往往將幾種方法進(jìn)行綜合使用。</p>&l

56、t;p>　　第四章 干切削刀具材料研究</p><p>　　切削加工技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了刀具材料的迅猛發(fā)展，也給干切削工藝的順利實(shí)施帶來了契機(jī)。若想通過干式切削工藝操作出完美的工件，必須解決熱量的問題。干切削較普通切削相比，它的切削力，切削熱明顯增大。干切削刀具技術(shù)的關(guān)鍵在于能否抵御巨大的切削熱，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，立方氮化硼等超硬材料刀具不斷地涌現(xiàn)出

57、來，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>　　4.1 采用新型的刀具材料</p><p>　　刀具材料的歷史追溯到公元前二三千年前，在不斷發(fā)展過程中，刀具材料耐熱性能也得到了提高。19世紀(jì)末美國(guó)人泰羅和懷特研制的高速鋼仍是現(xiàn)代最受歡迎的刀具材料，后期的研制過程中，對(duì)其添加了金屬元素，它的耐熱性能和切削速度明顯

58、改觀。其次是硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金具有很好的耐磨性和耐高溫性，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

59、錐和銑刀等方面得到了很好的很廣泛的應(yīng)用。</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?，F(xiàn)在要順利實(shí)施干式切削技術(shù)，我們就要優(yōu)化刀具，尤其是在切削加工過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

60、陶瓷等硬度也會(huì)降低，即有很好的紅硬性?？墒潜娝苤@類材料不是一般的較脆問題，在斷續(xù)切削中不適用。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，像深孔鉆。在各種所謂的硬質(zhì)合金刀具材料中加一些元素，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。

61、與此同時(shí)硬質(zhì)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。故在正常的使用壽命內(nèi)，刀具的磨損會(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(huì)由天壤之別；添加PCBN的比例越高，其硬度也會(huì)越低

62、。它具有高硬度，高耐磨性。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散發(fā)，使加工精度更高。</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(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

63、誤差，能夠有效的避免在切削時(shí)刀具會(huì)發(fā)出大量得生熱損傷刀具。</p><p>　　4.2 涂層技術(shù)應(yīng)用 </p><p>　　4.2.1 常用涂層及其性能</p><p>　　一般來說對(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

64、。2、“軟”涂層刀具，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>　　4.2.2 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

65、應(yīng)，金剛石刀具材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

66、剛石涂層中，加入一些原子，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>　　4.2．3 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

67、了刀具的切削性能。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(shí)驗(yàn)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(gè)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(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)過一系列涂層處理后也照樣可用來加工鋼、鋁合金。</p><p>　　4.2.4 刀具涂層對(duì)表面加工質(zhì)量的影響<

68、;/p><p>　　在加工過程中，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，

69、它受涂層晶粒大小的制約。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>　　4.3 國(guó)內(nèi)外對(duì)刀具材料的應(yīng)用研究現(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。</

70、p><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>　　第五章 干切削刀具幾何

71、參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于干切削過程中排屑和斷屑所要滿足的要求，在刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幾何參數(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)該首先考慮。在作業(yè)中如果加工的是韌性材料，這時(shí)斷屑槽對(duì)材料斷屑作用非常顯著。以目前國(guó)內(nèi)的所掌握的技術(shù)對(duì)車刀的三維立體曲面斷屑槽的設(shè)計(jì)與制造已不是難攻克的難題，以現(xiàn)在的技術(shù)可通過對(duì)工件材料的不同和切削用量的大小測(cè)定，就能夠設(shè)計(jì)出斷屑槽尺寸大小和總體結(jié)構(gòu)，并對(duì)材料加工過程中控制切屑流動(dòng)方向控制和折斷能力有較

72、大的提升。 </p><p>　　5.1 選擇大前角γ0 ，增大后角а0</p><p>　　選擇大前角γ0 ，增大后角а0.因?yàn)檫@樣可以使刀具更加鋒利，刀具與加工面在切削時(shí)的產(chǎn)生的摩擦力降低，通過減小切削力達(dá)到降低切削熱的效果，是切削文帝不至于過高，能夠使刀具在加工時(shí)磨損更小。</p><p>　　5.2 減小主偏角Кf，增大負(fù)刃傾角λs</p>&

73、lt;p>　　減小主偏角Кf，能夠使切削刃在單位長(zhǎng)度上所承受的力最??；增大負(fù)刃傾角λs能夠使參加切削作業(yè)中的有效切削刃長(zhǎng)度增長(zhǎng)，同時(shí)起到刀具和切屑間接在切削過程中觸面積減少的效果，通過對(duì)主偏角和刃傾角的設(shè)置就改善切削的散熱情況，使刀具使用壽命增長(zhǎng)變得更加耐用，作業(yè)時(shí)的切削溫度降低。</p><p>　　5.3 改良刃具刃口</p><p>　　在干切削作業(yè)過程中，可以令金剛石類型的刀

74、具和細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀具的切削刃口在設(shè)計(jì)制造時(shí)使其做到輕微的鈍化的效果，因?yàn)榇朔N刀具可以通過自身強(qiáng)度來使刃口保持鋒利，從而達(dá)到在切削作業(yè)時(shí)降低切削溫度的效果。除此之外，雖然通過使前角和后角的增大也能達(dá)到保持刀具的鋒利的效果，但如果這么做的話會(huì)使刀具的強(qiáng)度降低，綜合考慮，一般常采用T形刃帶，加強(qiáng)棱刀具。通過如此設(shè)計(jì)能夠使刀具的高性能保持更長(zhǎng)的作業(yè)時(shí)間，并且能夠保證刀具在使用壽命內(nèi)狀態(tài)最佳。</p><p>　　5.4

75、 控制積屑瘤生長(zhǎng)</p><p>　　為達(dá)到控制積屑瘤的產(chǎn)生，但同時(shí)要考慮到工作刀具表面的潤(rùn)滑性。在設(shè)計(jì)過程中為達(dá)到最好效果應(yīng)選擇最佳的切削速度。圖2為切削作業(yè)時(shí)某種材料時(shí)產(chǎn)生積屑瘤和切削速度的關(guān)系。同樣為達(dá)到控制積屑瘤大小的效果也可以通過增大前角，控制進(jìn)給量來進(jìn)行。</p><p>　　5.5 減少刀具與工件表面之間的接觸面積</p><p>　　在切削作業(yè)中通過

76、減少刀具與被加工材料間的直接接觸面積，這時(shí)由于切削產(chǎn)生的熱傳遞到工件和刀具會(huì)減少，這可使工件和刀具受熱變形的可能性降低，典型的設(shè)計(jì)案例就是鉆頭設(shè)計(jì)過程中應(yīng)減少倒錐還應(yīng)控制螺旋角的數(shù)量，為切屑排除更加容易可以通過加寬容屑槽容量大??；除此之外，為使干切削切屑能力提高，可以采用的辦法有使前刀面上的斷屑臺(tái)一定數(shù)量的增加和使在前刀面上的切屑變形量變大。</p><p>　　圖5- 1 切削速度與積屑瘤的關(guān)系</p&g

77、t;<p>　　第六章 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)床行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了干切削機(jī)床。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)床中占有主導(dǎo)作用。由于沒有切削液，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)，也在未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有主導(dǎo)地位。</p><p>　　6.1

78、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，堆積在機(jī)床工作臺(tái)

79、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。干切削機(jī)床必須有

80、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>　　6.1.1 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)床所必須具備的。為了干切

81、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)該注意一下問題：</p><p>　　1）改善隔熱條件，例如，對(duì)于鑄鐵床身，采用一層保護(hù)罩來防止切屑與機(jī)床的的碰觸，排屑槽最好選用絕熱材料制成。</p><p>　　2）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>　　3）采用專門

82、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>　　4）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>　　6.1.2 主軸組件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) </p><p>　　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

83、主軸組件的結(jié)構(gòu)需要具備以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）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”來進(jìn)行設(shè)計(jì)。前者主要用于模具制造以及高溫合金，鋼材的加工及難加工的高強(qiáng)度鋼也適用，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>&

84、lt;p>　　2）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。</p><p>　　3）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>　　6.2 干車削技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　歐洲的一些國(guó)家包括美國(guó)，日本在干切削技術(shù)方面的研究于其它國(guó)家而言處于遙遙領(lǐng)先的地位，這是一些制造業(yè)不發(fā)達(dá)國(guó)家

85、可望而不可及的，因?yàn)樵摷夹g(shù)在上個(gè)世紀(jì)的時(shí)候最先在歐洲盛行起來的，隨著近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了一定的階層。雖然它的工藝參數(shù)，一些數(shù)據(jù)還是不夠完善，但通過在車、鉆、銑、磨削等機(jī)床上實(shí)驗(yàn)，這些案例幫助我們對(duì)干切削的過程有了了解，也為干切削的進(jìn)一步應(yīng)用做推廣。</p><p>　　用車刀去切脆硬鋼，結(jié)果加工精度很高，這種車削方式相當(dāng)于磨削，通常被認(rèn)為是對(duì)工件進(jìn)行最終加工。當(dāng)一種材料淬火后，硬度高于55HRC，強(qiáng)度約20

86、00-2500MPa時(shí)，但是塑性非常低時(shí)，這種材料就具有脆硬鋼的大部分特征。精加工不像有的加工方法的工藝屈指可數(shù)，它的工藝很多，且不說磨削的成本高</p><p>　　，只能在一定的限制條件下進(jìn)行加工，范圍太窄，所以精磨即使很常用，也在逐漸被硬車削取代。這種車削方法對(duì)人體危害極小，不加切削液，切削溫度也不高，因?yàn)榇蟛糠譄崃慷急磺行紟ё?，這種制造工藝是綠色的。磨床的成本是車床的三倍，輔助系統(tǒng)的費(fèi)用相當(dāng)高，精度尺寸、

87、表面粗糙值也不及車床，于磨床而言車削的性價(jià)比要高。</p><p>　　再拿GCr15分析，用PCBN加工軸承鋼，實(shí)驗(yàn)所用是幾種硬度不同的材料，有35HRC 、45HRC、55 HRC、65 HRC等，通過研究發(fā)現(xiàn)，硬度越高，主切削力越大，溫度也會(huì)隨之而提升，但當(dāng)硬度再高時(shí)，溫度則下降。硬車削應(yīng)滿足必要的加工條件：刀具多選用陶瓷做材料較為理想，車削的速度可以提高3倍左右，壽命也很高。有的工件硬度太低，加工出來的切

88、屑多呈現(xiàn)帶狀結(jié)構(gòu)，減損了刀具的壽命，陶瓷以其優(yōu)良的性能拓寬了自己的應(yīng)用范圍。譬如，德國(guó)一家企業(yè)用熱壓陶瓷車削86CrMoV7時(shí)，精車切削速度189m/min，背吃刀0.49-0.78mm，進(jìn)給量0.15-0.31時(shí)，效率高，工件表面加工質(zhì)量也好。北美也有一家齒輪制造廠通過以車代磨，大大提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　　第七章 干切削的工藝技術(shù)</p><p>　　工件材料在很大程度上決

89、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，因此也不能用含鈦的涂層刀具進(jìn)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(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&

90、gt;<p>　　7.1、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，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

91、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><b>　　7.2. 刀具材料&l

92、t;/b></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)合金刀具相比，無論在強(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>

93、<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。</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

94、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HRC5

95、5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，可用于加工硬度為HRC40～50的淬硬鋼工件。</p><p>　　7.3. 切削用量與切削條件</p><p>

96、;　　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)，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

97、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>　　7.4. 硬車削機(jī)床</p><p>　　車削淬硬鋼與車削非淬硬鋼相比，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

98、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>　　7.5 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

99、削的一種經(jīng)濟(jì)性方法在普及。目前，國(guó)外越來越多的企業(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></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

100、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。</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)

101、，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，硬車削無需要其他特殊裝備，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。

102、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。&

103、lt;/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(huì)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變軟而形成切削的，若冷卻率過高，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)境的問題，降低廢液的處

104、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>　　7.5 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