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模具之干加工与微量润滑加工

2014-08-22 07:55:17 点击数:

实现干加工的最重要的前提条件是刀具(刀具材料)。由于干切削时会产生强烈的摩擦和极高的温度,需开发和采用耐高温磨损的刀具材料。在目前,用于干加工的主要有立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具材料、钛基硬质合金(Cermets)、聚晶金刚石(PCD)和硬质合金等。其中CBN是淬硬钢和铸铁干加工最常用的刀具材料;而氮化硅(Si3N4)陶瓷特别适合于在断续切削和铸件有砂皮情况下对铸件和球墨铸铁进行干切削;Cermets在硬度是介于陶瓷刀具材料和硬质合金之间的刀具材料,是高速干切削钢件的合适材料。

 

提高加工效率,在采用冷却润滑液进行加工时,由于在刀刃上出现较高的温度梯度,会使刀具提前失效。当提高切削用量时,在刀具与工件切削区上的温度就会增加,热冲击的危险也随之增加,这就限制了湿式加工时切削参数的进一步提高。而干加工由于没有冷却润滑液的冷却作用也就显著减少了热冲击危险,采用干切削,有望进一步提高切削参数。基于高效切削基础上的干加工,无疑将打开切削工艺崭新的应用前景。研究开发干加工的目标是在机床上实现完全的干加工或准干加工(在供给微量润滑油情况下进行加工)。实现干加工或准干加工涉及刀具、涂层和机床等诸多要素,是一项系统研究开发工程,需要多方面的协同配合。

与微量润滑加工(准干加工)相关的组成要素在传统的湿式加工中,冷却液的主要任务是:

润滑切削区,减少刀具与工件间的摩擦和粘结;
吸收切削区的热量和把热量带走,并冷却工件;
用作输送介质,把切屑从机床加工区排出。

在干加工时,由于在切削过程中缺少了冷却润滑液的润滑、冷却和冲屑作用,会导刀具与工件间的摩擦增大、切削湿度升高、粘结加剧和切屑堵塞,从而造成刀具寿命、加工精度和切削效率的下降。

为克服由于缺少了冷却润滑液而造成的困难,需要通过开发和应用耐热的硬刀具材料,合适的刀具几何形状和微量润滑材料及其供给装置,以及通过采用适合于干切削的机床和选择相应的切削参数来解决,确保干切削过程的可靠进行。


继高速加工(HSC)在20世纪80年代中期取得突破和应用领域不断扩大之后,工业发达国家在 90年代中期把切削工艺研究和开发的重点转向了干加工。例如在德国,其联邦教育、科学、研究和技术部在1995年制定和启动了研究和开发称之为“21世纪工业生产战略”的干加工工艺科研框架项目“生产2000”,并为此提供了4亿5千万马克的研究开发经费,组织了包括机床、刀具和汽车厂在内的18家企业和9个高校研究所协同攻关。经过4-5年的开发,和随后干加工在工业生产中逐渐的成功应用,表明不用冷却润滑液或采用微量润滑液的切削加工(准干加工)技术已进入推广应用阶段。
汽车零件的单件费用
干加工在金属加工工业中的应用,其重要意义首先是经济性。采用湿式加工时,与冷却润滑液相关的费用要占到零件制造成本的(12-17)%(表1),因此,采用干加工存在着降低产品成本的巨大潜力。其次是改善生态环境。冷却液的使用是造成环境污染、破坏生态平衡的重要因素。

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