干式切削工藝的應(yīng)用
干式切削工藝的成敗，關(guān)鍵在于找到一種代替冷卻和潤滑的方法。目前，比較成功的干式切削法有兩種：高速干式切削和低溫冷風(fēng)切削。
一、高速干式切削與低溫冷風(fēng)切削
高速干式切削法該加工方法是在無冷卻、潤滑油劑的作用下，采用很高的切削速度進行切削加工。干式切削必須選用適當(dāng)?shù)那邢鳁l件。首先，采用很高的切削速度，盡量縮短刀具與工件間的接觸時間，再用壓縮空氣或其他類似的方法移去切屑，以控制工作區(qū)域的溫度。隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛使用，機床剛性和動態(tài)性能不斷提高，提高機床的切削速度并非難事。實踐證明，當(dāng)切削參數(shù)設(shè)置正確時，切削產(chǎn)生的熱量80%可被切屑帶走。
高速干式切削法對刀具有嚴格的要求：①刀具應(yīng)具有優(yōu)異的耐高溫性能，可在無切削液條件下工作。新型硬質(zhì)合金、聚晶陶瓷和CBN等切削材料是干式切削刀具的首選材料；②切屑和刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能?。ㄗ钣行У姆椒ㄊ堑毒弑砻嫱繉樱⑤o以排屑良好的刀具結(jié)構(gòu)，減少熱量堆積；③干式切削刀具還應(yīng)具有比濕式切削刀具更高的強度和抗沖擊韌性。
低溫冷風(fēng)切削該切削方法是一種用-10~-100℃的冷風(fēng)和非常微量的植物油代替冷卻和潤滑油劑冷卻的加工方法。它由日本明治大學(xué)的橫川和彥等最先提出。研究發(fā)現(xiàn)，在金屬切削加工過程中，如果只給加工點提供非常微量、潤滑效果良好且未氧化的植物油，加工點就會因高溫而喪失潤滑性。若給加工點提供冷風(fēng)（-10~-100℃），就可以防止加工點的高溫化，避免上述情況發(fā)生。
冷風(fēng)切削時切削性能大大提高。試驗表明，冷風(fēng)切削、磨削在性能方面比油劑切削、磨削提高了2倍以上。有、無植物油切削劑與冷風(fēng)時的切削性能對比情況。可以看出，僅使用冷風(fēng)切削就比使用植物的效果好，而冷風(fēng)與微量植物油一起使用時，刀具的切削性能進一步加強。試驗時的切削條件：工件直徑：f92~f98mm,切削速度：45.1~48.0m/min,進給：0.5mm,切削刀具：刀尖半徑R0.4,相當(dāng)于SKH4高速鋼，不重磨刀片。
無精密潤滑油，無冷風(fēng)加工；-有精密潤滑油，無冷風(fēng)；有精密潤滑油，有冷風(fēng)；無精密潤滑油，有-16.7℃冷風(fēng)有、無植物油切削劑及冷風(fēng)時的切削性能使用溫度非常低的強冷風(fēng)加工時，為防止油劑凍結(jié)而喪失潤滑性，可在加工前，在刀具表面涂上微量的植物油，然后給加工點供應(yīng)強冷風(fēng)。即不讓強冷風(fēng)與油劑混在一起，效果會更好。使用微量植物油劑，不但降低了切削能耗，而且還消除了工件銹蝕現(xiàn)象。
二、干式切削在齒輪加工領(lǐng)域的應(yīng)用
新的硬質(zhì)合金涂層方法和數(shù)控機床的使用，使圓柱齒輪制造出現(xiàn)新趨勢：無冷卻的硬質(zhì)合金刀具高速切削。若工藝參數(shù)按最佳設(shè)置，可使加工時間短，刀具壽命更長。日本三菱公司、美國格里森公司等都在這方面開展了卓有成效的研究。
日本三菱公司推出了世界上第一套干式滾切系統(tǒng)。它采用的切削速度是傳統(tǒng)滾切速度的）倍，可達到200m/min.干式滾切對滾刀有特殊的要求，三菱公司設(shè)計的專用干式滾刀，采用MACH7高速鋼，表面涂有專用涂層，有助于散熱并減少刀具損耗，其壽命可延長到一般濕切方式的5倍。這一系統(tǒng)在加工汽車末級傳動齒輪、大型載重齒輪、汽車小齒輪及行星齒輪時效果都很理想，生產(chǎn)成本至少降低40%.
美國格里森公司用硬質(zhì)合金滾刀在Phoenix機床上用干式切削法加工錐齒輪，與傳統(tǒng)的高速鋼刀具濕式切削法相比，降低切削時間為50%,而且齒輪的表面粗糙度顯著降低和幾何精度也大大提高，加工精度可達AGMA12~13級。該公司生產(chǎn)的GP系列滾齒機，以其獨特的設(shè)計，使其干切質(zhì)量能與濕切質(zhì)量媲美。其床身設(shè)計成大角度斜坡，以利切屑流動。床身內(nèi)部循環(huán)冷卻，以利于維持熱平衡。此外，機床還配有一套真空除屑除塵系統(tǒng)。這一系列滾齒機，滾切轉(zhuǎn)速可達3000r/min.
高速干式切削法有如下優(yōu)點：首先，由于它省去了油屑分離過程，無冷卻潤滑油箱和油屑分離裝置以及相應(yīng)的電氣設(shè)備，因此，機床結(jié)構(gòu)緊湊。其次，這種方法極大地改善了加工環(huán)境；加工費用也大大降低。為進一步延長刀具壽命、提高工件質(zhì)量，可在齒輪干式切削過程中，每小時使用10~1000ml潤滑油進行微量潤滑。這種方法產(chǎn)生的切屑可以認為是干切屑，工件的精度、表面質(zhì)量和內(nèi)應(yīng)力不受微量潤滑油的負面影響，還可以用自動控制設(shè)備進行過程監(jiān)測。
美國費特公司（LMT-Fette）用硬質(zhì)合金刀具干式滾切齒輪，使齒輪單件加工時間和成本明顯降低。日本堅藤鐵工所開發(fā)的KC250H型干式滾齒機，采用硬質(zhì)合金滾刀、冷風(fēng)冷卻、微量潤滑，進行高速滾齒，由于供給的是溫度穩(wěn)定的冷風(fēng)，工件的熱變形極小。它與傳統(tǒng)的采用高速鋼滾刀KA220型濕式滾齒機相比，加工速度提高了3.2倍，齒輪精度也明顯提高。
三、小結(jié)
干式切削與濕式切削相比，不但極大地提高了機床生產(chǎn)效率，降低了工件加工成本，而且有利于保護環(huán)境，節(jié)約自然資源。在國外，干式切削的研究和應(yīng)用都比較廣泛，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，目前在西歐已有近一半企業(yè)采用干式切削加工。國內(nèi)雖有部分機構(gòu)在從事這方面的研究工作，但在齒輪加工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用還是空白。
ISO和JIS14000系列標準分別于1996年制定生效，這些標準對環(huán)境管理及監(jiān)測有嚴格的規(guī)定。它們的實施，無疑是對我國機床產(chǎn)品出口的又一次挑戰(zhàn)。為提高我國產(chǎn)品的技術(shù)含量和工藝創(chuàng)新能力，在國際市場競爭中立于不敗之地，開展干式切削加工技術(shù)的研究和開發(fā)是十分必要和迫切的。
