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金屬切削技術(shù)及其刀具研究
江蘇省丹陽中等專業(yè)學(xué)校 劉小明 吳小芳 2014/7/24 17:27:16
【摘要】本文從金屬切削技術(shù)及其刀具的發(fā)展現(xiàn)狀入手，對綠色切削技術(shù)以及相關(guān)刀具的技術(shù)要求進(jìn)行了分析探討，提出金屬切削技術(shù)及其刀具的發(fā)展要結(jié)合本國實(shí)際，不斷推動技術(shù)創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展的基本觀點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】金屬切削 刀具技術(shù) 綠色切削技術(shù)
1.金屬切削技術(shù)及其刀具發(fā)展現(xiàn)狀
1.1高速切削工藝產(chǎn)生，加工效率提高
高速切削技術(shù)是一種全新的切削工藝，與傳統(tǒng)工藝相比具有很大的優(yōu)越性。一方面，切削效率很高，例如加工鋁合金缸蓋需要的PCD面銑刀，其銑削速到已經(jīng)達(dá)到4021m/min，而進(jìn)給的速度則達(dá)到了5670mm/min，相對于傳統(tǒng)切削技術(shù)具有很大提高。另一方面，高速切削也有利于提升產(chǎn)品質(zhì)量，縮減制造成本，同時(shí)縮短交貨周期。除此之外，干切削、硬切削以及其他新工藝的產(chǎn)生在提高加工效率，突破切削加工界限方面起到了重要作用，并開創(chuàng)了金屬切削加工的“綠色制造”時(shí)代。
1.2硬質(zhì)合金刀具性能全面提升
硬質(zhì)合金的應(yīng)用面不斷擴(kuò)大，性能不斷優(yōu)化，成為了切削加工的重要刀具材料。一方面，細(xì)顆粒與超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料的開發(fā)提高了硬質(zhì)合金材料的韌性以及強(qiáng)度，使用其制造中小規(guī)格的鉆頭、絲錐以及銑刀，可以有效提高加工效率，為金屬切削加工進(jìn)入高速切削階段奠定基礎(chǔ)。除此之外，新工藝的開發(fā)也使得硬質(zhì)合金的內(nèi)在質(zhì)量得到提升，進(jìn)而促進(jìn)硬質(zhì)合金使用性能的提高。同時(shí)，金屬陶瓷刀具材料種類繁多，強(qiáng)度與韌性都得以提高，使其應(yīng)用領(lǐng)域與加工范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)展。
1.3涂層成為提升刀具性能重要因素
現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展中，刀具的涂層技術(shù)起到了突出作用。從涂層技術(shù)出現(xiàn)以來，取得了迅猛的發(fā)展，化學(xué)涂層依然是可轉(zhuǎn)位刀片的一個主要涂層工藝，厚膜三氧化二鋁與中溫的CVD，以及過渡涂層等工藝陸續(xù)產(chǎn)生�，F(xiàn)階段，物理涂層的進(jìn)展引人注目，并在工藝過程、爐子結(jié)構(gòu)以及自動控制等多方面獲得重大進(jìn)展。涂層結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，開發(fā)了多層、納米結(jié)構(gòu)，有效提升了涂層的韌性以及硬度。
1.4刀具結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新
制造業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，模具行業(yè)、汽車工業(yè)以及航空航天工業(yè)等產(chǎn)業(yè)部門對于金屬切削技術(shù)的要求進(jìn)一步提高，促進(jìn)了可轉(zhuǎn)位刀具的進(jìn)一步發(fā)展。例如為汽車工業(yè)的流水線專門開發(fā)的專用刀具，打破了以往按需供刀的做法，有效的推動了加工工藝的革新以及加工效率的提高。除此之外，各種結(jié)構(gòu)的可轉(zhuǎn)位刀片陸續(xù)出現(xiàn)，例如高效括光刀片專用于車削，帶前角的銑刀刀片以及球頭立銑刀刀片。這些新型多樣刀具的出現(xiàn)，使以往千篇一律的標(biāo)準(zhǔn)刀具格局受到?jīng)_擊，迎合了不同加工材料的具體特點(diǎn)，使得切削性能大幅度提升。
2.綠色切削技術(shù)特點(diǎn)及其技術(shù)要求
綠色切削技術(shù)，即盡可能減少刀具材料、切削液以及加工時(shí)間與電力的消耗量，盡可能降低環(huán)境污染的可能性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特定的切削目的的技術(shù)。
2.1干式切削技術(shù)
干式切削，在1995年被正式命名，即在加工過程中不進(jìn)行切削液的使用。其并非簡單機(jī)械的停止切削液的使用，而是既要停止使用，又要保證切削的效率以及產(chǎn)品的品質(zhì)，同時(shí)，也要保證刀具的耐用程度與切削過程的有效性。干式切削技術(shù)需要性能優(yōu)良的專用切削刀具、機(jī)床與輔助設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)對于傳統(tǒng)切削液的替代。目前我國的干式切削技術(shù)處于起步階段，但其研究已經(jīng)取得了不小的成果。
干式切削技術(shù)主要存在以下缺陷：第一，加工能耗較大，切削溫度較高；第二，刀具磨損速度快；第三，鐵屑難以控制，容易造成排屑困難。因此，干式切削技術(shù)的刀具必須具有以下特點(diǎn)：第一，良好的耐磨性、紅硬性以及熱穩(wěn)定性；第二，較小的切屑與刀具摩擦系數(shù)；第三，刀具槽型設(shè)計(jì)要易于散熱、排屑通暢；第四，刀具要具有高強(qiáng)度與抗沖擊性。當(dāng)前對于干式切削技術(shù)及其刀具研究主要集中在超硬耐高溫刀具材料、涂層技術(shù)、獨(dú)特幾何形狀等方面。
2.2亞干式切削技術(shù)
亞干式切削技術(shù)也稱MQL技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是把壓縮的空氣以及較少的冷卻液噴射到加工區(qū)內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具以及工件的冷卻并減小摩擦，有效抑制升溫。亞干式切削技術(shù)有兩種方式，一是內(nèi)部冷卻，一是氣霧外部潤滑。但是該技術(shù)的適用范圍較為狹小，對于連續(xù)生產(chǎn)線等場合并不適用。
亞干式切削技術(shù)能夠助力于冷卻與潤滑工作，因此，其對于刀具的耐磨性以及紅硬性要求較低，通常涂層刀具，DLC涂層以及CVD涂層的使用較為廣泛，并且貫穿于鑄鐵以及鋁、鋼合金的鉸、鉆等加工過程。除此之外，亞干式切削技術(shù)對于刀具的幾何形狀也有一定要求，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮切削刀具的供油孔設(shè)計(jì)。
2.3低溫切削與綠色濕式切削
低溫切削技術(shù)就是采用低溫冷卻的技術(shù)。綠色濕式切削即在切削過程中使用綠色切削液完成冷卻工（未完，下一頁）
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