刀具干切削技术的应用优势

时间：2022-05-23 17:14:27 其他范文收藏本文下载本文

【导语】下面是小编为大家整理的刀具干切削技术的应用优势（共5篇），如果喜欢可以分享给身边的朋友喔!

刀具干切削技术的应用优势

篇1：刀具干切削技术的应用优势

干切削技术对传统生产方式一个重大创新，种崭新清洁制造技术，世界各国日益严厉环保法规，有利于加速干切削技术推广与应用;各种超硬、耐高温刀具材料及其涂层技术发展，为干切削技术创造了极为有利条件;最小量润滑装置有效应用各种心小孔孔加工标准刀具出现，使准干切削铝合金各种难加工材料孔加工获得了越来越多应用。它一种新兴绿色制造技术.对实施人类可持续发展战略有重要意义，新世纪前沿制造技术。

随着高速机床、加工中心及加工技术迅猛发展，切削速度和切削功率急剧提高，使得单位时间内的金属切除量大量增加，机床加工过程使用切削液用量越来越大，其流量有时高达80～100L/min。但在高速切削时切削液实际上很难到达切削区，切削液很难起到冷却作用。因此，高速切削技术的发展推动了干切削技术的研究。

另外，在某些特殊的加工应用中，例如医学植入领域中为髋部植入一个球形关节，切削液可能弄脏零件或产生污染，因此，切削液在特殊的加工领域中是绝对不允许使用的。

干切削加工技术是一种在加工过程中不用或微量使用切削液的加工技术，是一种对环境污染源头进行控制的清洁环保制造工艺。它作为一种新型的绿色制造技术，不仅环境污染小，而且可以省去与切削液有关的装置，简化生产系统，能大幅度降低产品的生产成本，通时形成的切屑干净清洁，便于回收处理。干切削已成为目前绿色制造工艺研究的一个热点，并已经在实际加工中得到了成功应用，

干切削对刀具必须要有严格的性能要求：瑞士著名FRAISA高速刀具品牌独特的刀具形状和针对性专业涂层，特别能满足干切削对刀具性能的要求，具备以下优点：

①具有优良的热硬性和耐磨性。

干切削是的切削温度通常比湿切削时的高得多，热硬性高的刀具材料才能有效地承受切削过程的高温，保持良好的耐磨性。刀具材质的硬度为工件材料的4倍以上。

②较低的摩擦系数。

降低刀具与切屑、刀具与工件表面之间的摩擦系数，在一定程度上可替代切削液的润滑作用，抑制切削温度上升。

③较高的高温韧性。

干切削时切削力比湿切削要大，并且干切削的切削条件差，因此刀具具有较高的高温韧性。

④较高的热化学稳定性。

在干切削的高温下，刀具仍然保持较高的化学稳定性，减小高温对化学反应的催化作用，从而延长刀具寿命。

⑤具有合理的刀具结构和几何角度。

合理的刀具结构和几何角度，不但可以降低切削力，抑制积屑瘤的产生，降低切削温度，而且还有断屑和控制切屑流向的功能。刀具形状保证了排屑顺畅，易于散热。

篇2：静电冷却干式切削技术

1.引言

美国的统计数据显示，与切削液使用有关的花费约占总制造费用的16%，是刀具费用的3～4倍。德国汽车制造业的调查数据显示，把切削液和有关设备费、能耗费、处理费、人工费、维修费、材料费都加在一起达到全部工件加工成本的7%～17%，而全部刀具费用仅为总制造费用的2%～4%。

干式切削技术是为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略而发展起来的一项绿色切削加工技术。目前德国、美国和日本等工业发达国家把这项技术已成功应用到生产领域。干式切削的方法有：高速干式切削、低温冷风切削、液氮冷却切削等，静电冷却干式切削便是其中的一种。

2.静电冷却干式切削装置

2.1.汤森放电理论

气体中的载流子是离子和电子。由于在正常压力和温度下，外界电离因素(热、光和辐射等)所产生的载流子极少，空气中1cm3体积中，1秒中仅产生4 ～6对。

无外加电场时，这些载流子会因复合而消失，当外加极弱电场时，除一部分载流子仍有复合而消失外，另一部分漂移到电极上而被中和，漂移到电极上的电子与电场强度成正比，此时气体内的电流密度正比于电场强度，符合欧姆定律。

进一步提高电场强度，这时电离因素所积累的能量将逐渐增大，当电场强度增加到一定的强度，离子积累的能量大到与气体分子碰到时足以使它离解，被碰撞分子离解为正离子和电子。

由于载流子增多，电流不再保持恒定而迅速上升，新形成的离子和电子在电场作用下积累能量，再碰撞分子，产生新一代的载流子。

这样，整个电离过程像雪崩似的发展下去，载流子数激增，因而气体内的电流无限增加。此时，空气失去绝缘性能而被击穿。

2.2. 静电冷却装置

静电冷却干式切削的实质在于向切削区域输送经过放电处理的空气。空气经过空气压缩装置加压后以适合的速度通过静电冷却装置，使空气离子化、臭氧化。

然后通过传输系统把电离空气送到切削区，在切削点周围形成特殊气体氛围，既降低切削区的温度，又能在刀具与切屑、刀具与工件接触面上形成起润滑作用的氧化薄膜，并使被加工表面呈压缩应力。

静电冷却装置由供电电源装置、空气压缩装置、静电场装置、电离空气的传输系统、喷嘴等组成。(见图1)

3.静电冷却作用

常规切削加工中，切削液的.作用机理有：冷却作用;润滑作用;清洗作用;防锈作用。静电冷却技术具有：冷却作用;润滑作用;表面钝化;清洁作用;切屑断裂和导出等。

3.1.冷却作用

由于存在带电离子，经过放电处理的空气的冷却作用远高于普通空气。向切削区域输送空气的温度介于-10℃～-20℃之间，当空气流直接冷却和被加工材料遭受破坏所需要能量减少时，产生温度下降。在温度下降时会出现列宾捷而效应。

3.2.润滑作用

润滑作用主要取决于切削过程中存在臭氧和离子被摩檫表面所吸收并同其化学键结合而形成为边界薄膜。薄膜厚度介于数百到数千nm之间，其抗剪强度略高于流体动力润滑油，但远低于金属。

3.3.表面钝化

由于物理——化学等离子体活性组分发生反应的结果，而切削区域的物理——化学等离子体是在高温分解转化过程中，在伴随有氧气以及存在高剪切应力和外激电子发射条件下出现的。因为臭氧、氧和各种成分的带电离子有足够高的浓度，钝化过程可以更高速度进行。

3.4.清洁作用

清洁作用是指零件被加工表面和刀具清除切削区域碎屑、碳化物和非金属夹杂物的能力。静电冷却的清洁作用相当显著。

3.5.切屑断裂和导出

对切屑形成过程控制，不仅可以通过改变切削参数和刀具几何角度来实现，也可通过改变静电冷却装置的工作规范和该装置的喷嘴对刀具和工件的位置来实现。

4.静电冷却干式切削钛合金的试验及分析

试验数据

试件：BT20钛合金(近α钛合金)

刀具：YD15外圆车刀

仪器和设备：车床，静电冷却装置

试验方法：在同样的切削参数下，对切削液冷却和静电冷却的试验数据进行分析比较

试验表明：在静电冷却干式切削条件下，选用切削性能先进的新型刀具材料，合理的刀具几何参数和切削用量，对钛合金的切削加工达到了常规切削。提高了刀具耐用度、生产效率、降低了生产成本。尤其在高速精加工中效果更加明显。

5.结束语

静电冷却技术从源头上解决了切削液污染环境和危害工人健康，又减少了资源和能源消耗的弊端，较好的解决了生态环境、技术与经济间的协调关系与可持续发展。静电冷却技术亦为难加工材料切削技术的发展，增添了探索途径。

参考文献：

[1] 鲍重光. 静电技术原理[M]. 北京：北京理工大学出版社，1993

[2] 幺炳唐. 静电冷却干切技术[J]. 制造技术与机床，.1

篇3：刀具涂层技术的进展和应用

刀具涂层技术的进展和应用

切削刀具材料不仅需要有很高的硬度和耐磨性,而且需要有较好的抗弯强度和冲击韧性.这两方面的性能相互矛盾,难以兼顾.在刀具表面敷以涂层,是解决这一矛盾的'有效方法.

作者：于启勋张京英作者单位：北京理工大学机械与车辆工程学院刊名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(7) 分类号：V2 关键词：

篇4：高速切削加工技术的应用分析

高速切削技术,是以比常规高10倍左右对零件进行切削加工的一项先进制造技术，实践证明,当切削速度提高10 倍,进给速度提高20倍,远远超越传统的切削“禁区”后,切削机理发生了根本的变化。其结果是:单位功率的金属切除率提高了30%-40%,切削力降低了 30%,刀具的切削寿命提高了70%,留于工件的切削热大幅度降低,切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。在常规切削加工中备受困惑的一系列问题亦得到了解决,真可谓是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术,是切削加工新的里程碑。

1 高速切削将成为切削加工的新工艺

以高速切削为代表的硬切削、干切削等新型切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力,这是制造技术为提高加工效率和质量、降低成本、缩短开发周期对切削加工提出的要求。因此,发展高速切削等新型切削工艺,促进制造技术的发展是现代切削技术发展最显著的特点。当代的高速切削不只是切削速度的提高,而是需要在制造技术全面进步和进一步创新上(包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步),达到切削速度和进给速度的成倍提高,并带动传统切削工艺的变革和创新,使制造业整体切削加工效率有显著的提高。硬切削是高速切削技术的一个应用领域,即用单刃或多刃刀具加工淬硬零件,它与传统的磨削加工相比,具有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点,已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车行业,用高速切削技术加工20CrMo5淬硬齿轮 (60RHC)内孔,代替磨削,已成为国内外汽车行业推广的新工艺。在模具行业用高速切削技术高速精铣淬硬钢模具,采取小的走刀步距,中间不接刀,完成型面的精加工,大大减少了抛光的工作量,显著缩短了模具的开发周期,已成为模具制造业的一项新工艺。在机床行业用CBN旋风铣精加工滚珠丝杠代替螺纹磨削, 用硬质合金滚刀加工淬硬齿轮等都显现出很强的生命力。

高速切削派生的另一项新工艺是干切削。切削加工中的切削液对环境的污染、对操作者健康的伤害,成为当前治理的重点,但是对切削液所造成危害的治理增加了制造的成本,导致干切削新技术的开发,并出现了微量润滑切削、冷风切削等准干切削新工艺。当前倡导的干切削并不是简单地把原有工艺中的切削液去掉,降低切削效率,而是进行传统切削工艺的重大变革,为新世纪提供一种清洁、安全、高效的新工艺,这是对切削技术包括刀具材料、涂层、结构的全面挑战。而节省刀具材料的贵重金属资源消耗,开发刀具重磨、回收等新技术也成为切削加工对人类文明和社会进步应尽的责任。

2 加快关键技术的开发应用

2.1 涂层成为提高刀具性能的关键技术

刀具的涂层技术在现代切削加工和刀具的发展中起着十分重要的作用,自从问世以来发展非常迅速,尤其是近几年取得了重大的进展。化学涂层(CVD)仍然是可转位刀片的主要涂层工艺,开发了中温CVD、厚膜三氧化二铝、过渡层等新工艺,在基体材料改善的基础上,使CVD涂层的耐磨性和韧性都得到提高;CVD金刚石涂层也取得了进展,提高了涂层表面光洁度,进入了实用的阶段。目前,国外硬质合金可转位刀片的涂层比例已达70%以上。在此期间,物理涂层(PVD)的进展尤为引人注目,在炉子结构、工艺过程、自动控制等方面都取得了重大进展,不仅开发了适应高速切削、干切削、硬切削的耐热性更好的涂层, 如超级TiAlN,及综合性能更好的TiAlCN 通用涂层和DLC、W/C减摩涂层,而且通过对涂层结构的创新,开发了纳米、多层结构,大幅度提高了涂层硬度和韧性。

PVD涂层技术的新进展,向我们展示了涂层技术对提高刀具性能的巨大潜力和独特的优势:可以通过对涂层工艺参数控制和靶材、反应气体的调整不断开发出新的涂层,以满足加工多样性的需要,是提高和改善刀具性能一项又快又好的技术,有着十分广阔的应用前景。

2.2 刀具结构的创新改变了传统标准刀具千篇一律的面貌和单一的功能

随着制造业的高速发展,汽车工业、航空航天工业以及模具行业等重点产业部门对切削加工不断提出更高的要求,推动着可转位刀具持续的发展。为汽车工业流水线开发的专用的成套的刀具,突破了传统按需供刀、“闭门造刀”的做法,而成为革新加工工艺、提高加工效率、节省投资的重要工艺因素,发挥新的作用。

为满足航空航天工业高效加工大型铝合金构件的需要,开发了结构新颖的铝合金高速加工面铣刀等刀具。

模具工业的特点是高效、单件、小批生产、模具材料的硬度高加工难度大、形状复杂、金属切除量大、交货周期短,成为推动可转位刀具结构创新的强大动力, 如多功能面铣刀、各种球头铣刀、模块式立铣刀系统、插铣刀、大进给铣刀等等。回顾上世纪90年代以来切削加工的发展,模具工业还是今天高速切削、硬切削、干切削新工艺的发源地。

与此同时,也出现了各种可转位刀片的新结构,如形状复杂的带前角的铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等等，

2.3 快速发展的配套技术

切削加工的配套技术是随着切削加工技术的进步而逐渐发展起来的,是现代切削技术不可缺少的组成部分,并与切削技术和刀具保持着快速同步的发展,包括刀柄与机床主轴之间的连接方式、刀具在刀柄里的夹紧方式、刀具系统平衡及刀具管理。

双面接触的空心短锥刀柄(HSK)机床-刀具接口,由于可实现法兰端面和锥柄的同时接触,具有连接刚性好、定位精度高、且装卸时间短等优点,随着高速切削技术的推广,得到了越来越广泛的应用。这种刀柄的结构形式现已成为正式的国际标准,并且也已被众多的机床工具厂商所接受,纷纷推出带HSK主轴接口的高速加工中心和带HSK刀柄的工具系统或整体刀具,显示出这种新型刀柄的强大生命力和很好的使用前景。与此同时,一些公司还开发了与HSK类似的刀柄结构,如Sandvik公司的Capto刀柄,Kennametal公司的KM刀柄。近年来,还出现了双面接触甚至三处接触的7:24接口,以适应现有机床用于高速切削加工的需要。

在高速切削时,刀具的转速在10000~0r/min以上甚至更高,此时,刀体、刀片、及刀片的夹紧零件受到很大离心力的作用,当转速达到某一临界值时,足以使刀片甩出,或者夹紧螺钉断裂、甚至整个刀体破裂。一旦出现这些情况会造成设备或人身伤害事故,因此是应用高速切削技术必须加以防范的事情。为此,德国制定了高速旋转刀具的安全规范,对刀具的设计、检测、使用、平衡质量都作了严格的规定,这项规范已先后成为欧洲标准和国际标准。

3 机床技术

3.1 驱动和传动技术

高速切削机床的直线进给有:电机伺服系统和直线电机驱动系统两种。电机伺服直线进给系统通常由变频调速电机、机械传动环节、滚动导轨滑台和位置调节测量装置组成。它的几何定位精度可以达到5―1 0μm,运动的均匀性误差小于1μm,进给速度Vfj≥40―50m/min,(j=x、y、z),加速能力αj≥5―10m/s2,其他性能指标还有动态轨迹精度,机械传动件的动力学特性和热特性。

直线电机驱动的系统由原始级部件、滑台和位置测量装置构成,也是零传动。它的Vfj≥120 m/min,αj≥25m/s2,动态轨迹精度也高得多。

目前,高速切削机床的主轴多以高频变频调速电机直接驱动,即所谓“零传动”,并且朝着高转速、大功率、大扭矩的方向发展。例如:一种高频电主轴的最高转速n=24000r/min,最大功率p=23KW,最大扭矩M≥79nm。其关键零、部件是控制系统和传感器、电机、轴承。需要解决的技术关键问题有转子转速显示,通过监控电机温度和耗用电流来保护主轴、变频器、冷却剂的流动控制和循环冷却、刀具夹紧系统的动作控制、轴承震动的测量与监控、用阀调节润滑剂压力来调节预紧轴承、主轴密封等等。

3.2 控制和数控技术

高速切削机床部件运动速度高,在单位时间内CNC系统需要处理计算的数据大大增加,要求相应提高处理计算的速度和容量。通过采用功能强大的硬件配置, 如:奔腾芯片、64MB内存(或更高)、1―10G硬盘等,并应用数字化驱动调节和数字化总线技术,高速CNC执行程序块的速度以降低到0.5ms。通过配备空间螺旋线、抛物线、和样条插补功能,速度预控制功能,数字化自动平滑运动轨迹功能,加速和制动时的急动速度监控功能,使它的插补计算精度和容量也获得大幅度提高。此外,CNC通常具备刀具补偿、误差补偿、安全性监控等功能,并安装有高效的CNC专用模拟软件。

4 我国高速切削技术的发展现状和采取措施

我国高速切削技术目前处于起步阶段。就多数企业单位而言,由于缺乏全面认识了解和经验,或者因为资金有限,引进的高技术装备不配套,主要是没有适用的高速刀具和设备,其次缺少CAD/CAM软硬件系统。而且由于缺少优化的工艺技术数据作为参考,进口设备多数没有发挥潜力,经济效益不佳。

当前我国有科研机构和单位应该对与高速切削相关的技术进行研究,对高速切削的机理进行科学的分析和实验,夯实理论基础,做好基础理论的预研工作。国外工具公司面对我国制造业快速发展的大好形势和广阔前景,加快了在中国实现本地化生产或服务的步伐,以降低制造成本、提高服务能力、缩短交货周期,应该说, 外国刀具公司进军中国市场为我们应用先进刀具改造传统制造业提供了十分有利的条件。我们要抓住这个有利时机,积极采用先进刀具,为提高企业的加工技术和竞争实力服务,迎接经济全球化的挑战。先进的切削技术和刀具是我国发展汽车工业、航空航天工业、能源工业和配套的模具工业必备的前提条件。在这样的大好机遇面前,我们要充分利用先进的切削技术和刀具,为发展我国的制造业服务。